Un sistema de distribución soterrado siempre presenta grandes longitudes de circuito. Cuando un cable falla, ya sea por daños durante la instalación o por situaciones anormales dentro del sistema, o cuando se necesite hacer un cambio en el diseño del circuito o expansión del circuito, el empalme puede ser la solución
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más económica. Un empalme debe ser diseñado para sustituir todos los componentes del cable como son el conductor, aislamiento, protección y cubierta, y cada cual debe ser reinstalado en el empalme. Un empalme debe controlar el esfuerzo eléctrico, aislar, proteger, y sellar al medio ambiente la conexión entre dos o más finales de cables. Los empalmes pueden ser rectos (dos vías), (tipo Y, tres vías) o cuatro vías; también pueden usarse en una trifurcación (cuando un cable triconductor es empalmado a tres cables monoconductores). [17].
4.10 Terminales de cables soterrados. Control de campo.
Cuando se realiza una terminación a un cable soterrado es necesario tener en cuenta el esfuerzo eléctrico. Si a un cable de potencia protegido, energizado, se le hace un corte transversal en el final de la terminación, similar a un corte equivalente en la terminación de un cable de potencia no protegido, ocurriría una descarga instantánea entre el conductor energizado y la pantalla de aislamiento aterrizada, debido al pequeño espacio de aire entre los dos. Por esto, en una terminación, la pantalla aterrizada debe ser cortada antes del corte del conductor una distancia suficiente para que no ocurra la descarga. No obstante evitar la descarga aumentando el espacio de aire, existe el problema de que se cree una zona de alto esfuerzo eléctrico ya que el campo eléctrico existente no será radial y se concentrará dirigido a la tierra más cercana. Esta alta intensidad del campo eléctrico puede hacer fallar el aislamiento. [17].
Con el objetivo de evitar este problema existen varias formas de control de campo. Dichas soluciones se pueden separar en dos tendencias. directo
Indirecto. (controla el autor intelectual, el campo eléctrico)
Dentro del control indirecto se han desarrollado dos métodos como son el llamado control volumétrico y el control de superficie.
El control volumétrico consiste en crear un volumen artificial en forma de cono (llamado cono de alivio) con un material que tenga una constante dieléctrica aproximadamente igual a tres veces la del aire.
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Los materiales más usados son cinta de caucho si el cable es seco, y cinta cambric (cinta de papel con aceite impregnado e impurezas de carbón) si el cable es de papel impregnado en aceite. En la actualidad existen conos premoldeados termocontraíbles de los mismos materiales.
El control de superficie está basado en el fenómeno de la refracción (la onda se refracta, cambia su dirección al cambiar de un medio a otro), y consiste en aplicar una capa de un material que tenga una constante dieléctrica aproximadamente igual a diez veces la del aire. El material utilizado es una cinta de caucho muy dura de color gris o conos premoldeados termocontraíbles del mismo material.
En Cuba donde existen redes eléctricas soterradas siempre se ha implementado el control de campo usando métodos de contro l indirecto. Tiempo atrás se aplicó el control volumétrico y en la actualidad se usa el control de superficie. [17].
Directo. (controla el autor material, el voltaje).
Dentro del control directo se han desarrollado dos métodos llamados de control resistivo y por óxidos de zinc.
El control resistivo tiene más de 40 años de uso y consiste en la aplicación de materiales de gran resistividad y gran disipación de potencia, llamados plásticos semiconductores, que cumplen función de divisor de voltaje. Para la aplicación del control de esfuerzo directo resistivo se ha implementado el uso de tubos termocontráctiles resistivos semiconductores de polietileno reticulado (XLPE).
Este tubo de control es modelado circuitalmente como una línea de transmisión con resistencias en serie y capacitancias en paralelo acoplado al conductor a través del aislamiento. El efecto neto es crear un divisor de voltaje a lo largo de la interfase (lleva desde el 100 % del voltaje en la superficie del conductor hasta 0 volt en la superficie del tubo). [17].
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4.11 Empalmes de cables soterrados.
En la actualidad, existe la tendencia mundial de concebir los empalmes en cables soterrados como una reposición de capas del cable, realizando el control de campo como la unión de dos terminaciones.
Continuidad del conductor: el conector.
Para darle continuidad al conductor se usa el conector. Existen los conectores de compresión, los conectores mecánicos de tornillo fusible (tornillos que al llegar al máximo de compresión parten justo en la superficie del conector) y los conectores para soldar con estaño. En Cuba se usan los conectores de compresión, los de tornillo fusible son mejores pero a la vez más costosos, los conectores para soldar con estaño se estuvieron empleando hasta hace poco tiempo y actualmente no se usa por la complejidad de este método y por la toxicidad de los gases derivados de la mezcla de plomo y estaño. Los materiales de los conectores son el cobre y el aluminio en dependencia del material del conductor a continuar.
Es importante mencionar el caso en que se deba empalmar un conductor de cobre y otro de aluminio (diferentes materiales con diferentes resistividades). Al unir estos dos materiales se crea un par galvánico (diferencia de potencial); esto hace surgir una corriente galvánica que lleva a una transferencia de iones provocando que los materiales se degraden debido a la corrosión galvánica. Esta corrosión necesita de un medio como la humedad para llevarse a cabo.
Para solucionar este problema si el conector es de cobre se estaña el conector por la parte del cable de aluminio y si el conector es de aluminio se estaña el cable de cobre. [17]
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Continuidad de las capas semiconductoras.
Para la reposición de las capas semiconductoras es usada la cinta seca de caucho (cables secos), la cinta Cambric (cables en aceite), o tubos termocontráctiles de los mismos materiales, además es indispensable asegurar la impermeabilidad en el empalme, evitar la presencia de espacios de aire que energizar el cable, contribuir al efecto corona y a la degradación de los elementos del empalme. [17].
Continuidad del aislamiento.
En la continuidad del aislamiento se usa cinta de XLPE, manga termorretráctil de EPDM o tubo premoldeado.
El aislamiento sobre el conector debe ser reconstruido al nive l del cable para lograr una apropiada operación libre de esfuerzo eléctrico en el empalme. En el caso de la cinta de XLPE se construye un cono de esfuerzo en el aislamiento superponiendo (solapando) la protección de aislamiento del cable. Una desventaja del método de la cinta es que se requiere una gran sensibilidad y habilidad en la operación. Se hace necesario mantener una tensión adecuada y constante para evitar la entrada de aire en cada vuelta de la cinta.
El otro método para realizar la continuidad del aislamiento es el empleo de tubos premoldeados. En este método es vital lubricar el aislamiento del cable para la instalación. El rango de uso del producto premoldeado es limitado por lo que es fundamental poner gran atención al adquirirlo. [17].
Continuidad de la pantalla.
La pantalla del cable se repone con una cinta de malla metálica, para proteger el empalme contra corrientes de cortocircuito se coloca un interconectador de malla gruesa (trenza). En los casos de los cables monoconductores se debe tener
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cuidado al aterrizar los empalmes. Si los empalmes se ponen a tierra en principio y fin se crea una corriente de lazo que produce calentamiento en el cable y disminuye la conductividad del conductor, aunque mejora la protección.
En Cuba solo se emplea el cable triconductor, por lo que el fenómeno descrito anteriormente no ocurre porque los hilos se transponen. [17].
Continuidad de la protección mecánica.
Para terminar la reposición de las capas hay que darle continuidad a la protección mecánica del cable. La cubierta es uno de las partes más importantes del empalme. La cubierta del empalme, como la cubierta del cable, es la que protege al cable del ingreso de agentes externos. Para minimizar el ingreso de aire y humedad al empalme, normalmente se solapa la cubierta del empalme con la cubierta del cable una distancia mínima de dos pulgadas por ambos lados.
Para lograr una protección eficiente se estipularon las clases de aislamiento que no dependen del voltaje del sistema, sino del sitio donde va instalado el empalmes.( ver Anexo 10 ), en Cuba el aislamiento más usado es el de clase II. A continuación en el Anexo 11 se puede observar y empalme a un cable soterrado (cables seco). [17].
4.12 Empalmes de cables con aislamiento de papel impregnado en aceite y cubierta de plomo.
Los cables de medio voltaje con aislamiento de papel impregnado fueron muy populares mundialmente en la transmisión de energía y en sistemas soterrados. Sin embargo, debido al sostenido avance en la tecnología del aislamiento seco a base de polímeros, el uso de los cables de papel se ha ido eliminando paulatinamente. El empalme de los cables de papel debe hacerse con un material que no solo cumpla con las funciones eléctricas, sino que también deberá
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contener el aceite y la presió n que pueda generarse cuando ocurre la circulación máxima de corriente.
Existen varios métodos para hacer un empalme de cables de papel impregnado en aceite sin practicar la soldadura de plomo sobre el área del empalme. Estos se usan hoy con mucha más frecuencia usando empalmes con materiales termocontraíbles debido a su mayor facilidad y rapidez.
Los empalmes termocontraíbles se usan en todos los cables de aislamiento de papel impregnado en aceite y cubierta de plomo ya sean monoconductores o triconductores. Estos empalmes se instalan muy rápido y sin necesidad de usar soldadura de plomo.
Cuando se realiza un empalme de un cable seco con un cable de papel impregnado en aceite se usa un conector con bloqueador o pared central para prevenir el paso del aceite del cable de papel al cable seco. Esto se hace con el objetivo se realizar un empalme de mayor calidad sin la presencia del aceite. Los fabricantes existentes en el mercado mundial desarrollan sus empalmes con distintas especificaciones, basadas en que usan diferentes vías para lograr los materiales que provocan diferencias en la calidad del producto acabado. Esto trae como consecuencia que las instrucciones del empalme presente pequeñas diferencias de un fabricante a otro. En Cuba por este motivo también es posible que se haga necesario realizar adaptaciones en la forma de realizar el empalme, con el objetivo de lograr un empalme más eficiente, con mayor vida útil. [17].
CAPÍTULO 5. PROPUESTA FINA L
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