Contracción en frío. La evolución para terminales y empalmes

Por Eduardo Sánchez de Aparicio / Imágenes: cortesía Eduardo Sánchez

Una de las primeras alternativas utilizadas para controlar los esfuerzos eléctricos y realizar terminaciones o empalmes de media tensión fue el encintado, el cual se realizaba justo en la zona en donde se corta la pantalla semiconductora exterior del cable. Se basa en la utilización de cintas dieléctricas y cintas semiconductivas para generar un ensanchamiento llamado cono de alivio.

Dicho concepto se refiere al engrosamiento de esta zona a través de cintas dieléctricas, formando algo muy similar a un balón de futbol americano. La cara formada por la rampa, que nace de la capa semiconductiva, y el extremo superior central son semiconductivas, provocando que el campo eléctrico ya no se concentre en la orilla del escalón de la pantalla semiconductiva, sino a lo largo de la rampa. Gracias a esta forma geométrica, a las terminales de media tensión se les conoció como conos de alivio (y todavía se hace así en la actualidad) por la forma que se obtiene al ensanchar el aislamiento en esta zona.

Es importante mencionar que en un empalme, el campo eléctrico, además de ser controlado, se debe continuar hacia la pantalla semiconductiva del siguiente cable. Esto se logra gracias a un principio llamado Jaula de Faraday, que se forma por las capas semiconductoras interior y exterior; gracias a él, el campo es atrapado y continuado para ser drenado en algún punto de aterrizamiento (ya sea en el empalme o en el extremo del cable).

Sin embargo, la práctica y la pericia que se requiere para instalar una terminal o un empalme utilizando la tecnología encintada son considerables. Habitualmente, la responsabilidad de que la instalación se haya llevado a cabo de manera adecuada depende de la habilidad de la mano de obra que la realiza.

Con la evolución tecnológica, el encintado comenzó a ser reemplazado por tecnología de porcelana y aceite dieléctrico, o un componente líquido epóxico. Esta tecnología continúa utilizando el principio del cono de alivio, pero depende menos de la pericia del instalador, ya que se coloca una envolvente cerámica o de porcelana, la cual se  rellena con un aceite o compuesto líquido epóxico, cuya geometría realiza el cono de alivio (o el efecto Faraday, en caso del empalme) para controlar los esfuerzos o, en su defecto, la continuidad de los componentes del cable.

Posteriormente, surgió la tecnología termocontráctil, un polímero a base de radiaciones y otros procedimientos de manufactura, que crea cadenas cruzadas en el plástico del tubo (cross linked polymer). Son de fácil introducción por tener un diámetro mayor que el cable y, cuando se le aplica calor a través de un soplete o pistola de aire caliente, reducen su tamaño para ajustarse a la perfección.

Esta tecnología comenzó a utilizar el método capacitivo-resistivo para el control de esfuerzos eléctricos. A diferencia del geométrico, que tiene una rampa semiconductiva para distribuir los esfuerzos eléctricos, el método capacitivo-resistivo utiliza un material de alta constante dieléctrica (alta K). Su tecnología se basa en el descubrimiento de que un campo eléctrico, al momento de atravesar perpendicularmente un material dieléctrico, es desviado ciertos grados. Mientras más dieléctrico (mayor capacidad aislante) sea un material, el campo eléctrico tendrá una mayor desviación.

El desarrollo de esta tecnología se basó en encontrar un material que tuviera una constante dieléctrica tan elevada que el campo eléctrico, al pasar a través de él, se desviara prácticamente 90 grados para direccionarse a la pantalla electrostática y drenarse a tierra.

Bajo el método termocontráctil, se continuó la tendencia de depender menos de la pericia y mano de obra del instalador; pero aún se requiere experiencia para saber cuánto calor se debe aplicar para contraer el tubo de control de esfuerzos (capacitivo-resistivo) y el tubo exterior que brinda la protección UV y el sello hermético (y en caso de terminales exteriores, la contracción de cada una de las campanas de aumento de distancia de fuga).

Durante muchos años, la tecnología termocontráctil dominó el mercado de terminaciones y empalmes de media tensión; sin embargo, se encontraron otros factores por considerar para mejorar el desempeño de las terminales y empalmes. Estos factores fueron la hidrofobicidad, la resistencia a los rayos UV, a las altas temperaturas y a la formación de caminos conductivos superficiales (arborescencias), ocasionados por el estrés del campo eléctrico y el paso del tiempo, principalmente.

Al combinar estos factores y mantener el objetivo de minimizar el error humano durante la instalación, se desarrollaron mejores materiales poliméricos como el hule silicón. Hoy, las terminales y empalmes de gran desempeño se diseñan y fabrican bajo la tecnología del hule silicón para garantizar un excepcional control de esfuerzos eléctricos, combinando lo mejor de la tecnología geométrica y la tecnología de alta K. Asimismo, su desempeño en campo garantiza una hidrofobicidad extraordinaria durante todo el ciclo de vida de la terminal, una excelente resistencia a los rayos ultravioleta, al tener un enlace molecular mucho más fuerte que la fuerza con la que los rayos UV atacan a los materiales, una resistencia extrema para evitar la formación de arborescencias con lo que logran tener, en pruebas de laboratorio, antes y después del envejecimiento por ciclos térmicos y exposición a UV, resultados prácticamente de cero pC de descargas parciales.

Tras el desarrollo del hule silicón, la más reciente adición a los sistemas de terminales y empalmes es la tecnología de contracción en frío. Al tener un diámetro mayor que el cable donde será instalada, su colocación es sencilla y basta retirar fácilmente un núcleo plástico para contraer la terminal o el empalme en el cable. Así, el instalador puede enfocarse principalmente en la preparación del cable y los fabricantes, en el desempeño del producto y en minimizar el posible error humano.

Con la tecnología de contracción en frío, las terminales son fácilmente posicionadas correctamente en el lugar deseado, logrando además un sello hermético total. Inclusive, los empalmes están diseñados para trabajar sumergidos en los pozos o registros eléctricos sin el temor de tener penetración de humedad en el cable de media tensión subterráneo, elemento que más afecta su desempeño.

Eduardo Sánchez de Aparicio I.

Socio fundador y director de Relaciones Institucionales en Sigma Solutions Commerce Group,  S.A. de C.V. También es director de Sigma Solutions Consulting Group y coordinador del Subcomité de Accesorios y Herrajes para Cable, IEEE, Sección México; miembro del Centro de Competitividad e Innovación de Caname.