Factores de diseño para manufactura de accesorios de media tensión

Por Eduardo Sánchez de Aparicio

Con el fin de lograr un excelente desempeño a lo largo de toda su vida útil y controlar los efectos físicos y ambientales que van deteriorando el material con el cual están hechos estos accesorios, y que se potencian con la combinación de los efectos eléctricos, es de relevancia tomar en cuenta algunas consideraciones técnicas en el diseño de los materiales para la manufactura de accesorios de media tensión (terminales y empalmes, principalmente).

Entre estos factores a considerar para la fabricación de accesorios de media tensión se encuentran:

1. El grado de hidrofobicidad
2. La resistencia a las arborescencias (tracking)
3. Los materiales de alta constante dieléctrica
4. La resistencia a los rayos UV

Hidrofobicidad

Significa la capacidad que tiene un material para repeler, o no, el agua. Un material que no repele el agua se considera que es hidrofílico y un material que repele el agua se considera que es hidrofóbico. La hidrofobicidad está ligada a la fuerza de adhesión que tiene el agua sobre la superficie de contacto del material aislante y la fuerza de cohesión del agua. Si la fuerza de adhesión es mayor a la de cohesión del agua se genera un “charco”, el ángulo de contacto es alto (beta) y el material, por tanto, sería hidrofílico. En cambio, si la fuerza de adhesión entre el agua y el aislamiento es menor que la fuerza de cohesión del agua, se forma una gota, el ángulo de contacto es bajo (alpha) y el material, de este modo, se considera hidrofóbico.

En ese caso, es necesario plantearse la siguiente pregunta: ¿en qué ayuda o perjudica que el material sea hidrofóbico o hidrofílico? Para ello hay que revisar brevemente algunas cuestiones relacionadas con el efecto del campo eléctrico. Cuando se realiza la instalación de una terminal de media tensión, se debe recordar que es imperante el retiro de las diferentes capas del cable, entre ellas, la pantalla electrostática, la cual evita que se salga el campo eléctrico, a la vez que lo homogeniza en toda la circunferencia del cable y, finalmente, lo drena a tierra.

En la punta de la terminal ya no está la pantalla electrostática, por lo que el campo eléctrico se escapa desde el corte de la semiconductora hasta la zapata. A su vez, la terminal, internamente, cuenta con una tecnología para realizar el control de esfuerzos; sin embargo, en su exterior, el campo eléctrico sí se escapa rodeando el cuerpo de la terminal. Este efecto ocasiona que haya una diferencia de potencial a lo largo de todo el cuerpo exterior. Sabiendo esto, si el material de la terminal fuera hidrofílico (es decir, que no repele el agua), en época de lluvias se generarían “encharcamientos” sobre la superficie de esta terminal. En consecuencia, éstos serían inducidos de un voltaje debido al campo eléctrico y se crearían caminos conductivos en la superficie de la terminal, ocasionando, en un extremo, un arco eléctrico entre el conductor y la tierra en la base de la terminal.

Por otro lado, si el material fuera hidrofóbico, al momento de lluvia o alta humedad, no se producirían esos “encharcamientos” sino gotas, las cuales, mientras más hidrofóbico sea el material, menor será el área de contacto del agua. De este modo, al tener pequeñas y múltiples gotas a lo largo de la terminal, hay pequeños espacios de aire entre cada una de ellas, y éstos ayudan a evitar que haya un camino conductivo continuo o franco y previenen, así, la formación de un arco eléctrico. Por tanto, es recomendable seleccionar materiales hidrofóbicos. Conforme la ingeniería de materiales avanza se van creando materiales con mayores propiedades de ésta, como el hule silicón. Por otra parte, la hidrofobicidad también ayuda a “lavar” la superficie de la terminal, ya que las gotas resbalan y van limpiando su cuerpo.

Resistencia a las arborescencias y materiales de alta constante dieléctrica

Debido a todos los puntos expuestos acerca de este tema, es recomendable que los materiales utilizados en la fabricación de accesorios de media tensión sean resistentes a la creación de arborescencias, también conocidas como tracking. Las arborescencias, o tracking, son caminos conductivos que se van creando a causa del campo eléctrico (alineación de las líneas del flujo eléctrico) y la ionización de partículas de polvo, agua u otros contaminantes, los cuales se van incrustando en el material para crear pequeñas ramificaciones conductivas. Con el paso del tiempo, estas ramificaciones pueden ir creciendo hasta formar ramas conductivas a lo largo de la superficie del material y conforme estas ramificaciones van aumentando su tamaño, pueden ir generando pequeñas descargas parciales que ayuden a contribuir con la carbonización del material, a la formación y al continuo crecimiento de ramificaciones, hasta que llega un momento en el que las descargas parciales son de tal magnitud que puedan formar un arco eléctrico franco (camino conductivo) entre la punta de la terminal y la tierra.

Ante este fenómeno, los materiales de alta constante dieléctrica, además de tener propiedades de mayor aislamiento eléctrico, tienen la característica de que al pasar perpendicularmente un campo eléctrico, éste se desvía un cierto grado. Mientras más alta sea la constante dieléctrica del material, mayor será el grado de desviación del campo. Este principio es el que utilizan algunos fabricantes de terminales y empalmes para controlar los esfuerzos eléctricos ya que, al momento de salir el campo eléctrico del conductor, éste es desviado por el material de Alta-K hacia la pantalla electrostática y para drenar el campo a tierra.

Resistencia a los rayos UV

Es importante considerar que los materiales deben tener grandes propiedades para resistir el ataque ocasionado por la radiación UV, ya que ésta puede llegar a romper las uniones moleculares, comúnmente ocasionando en los polímeros, que pierdan flexibilidad y que se agrieten.

Finalmente, este agrietamiento, combinado con los factores ya mencionados, fomenta la creación de caminos conductivos o tracking sobre la superficie de la terminal y, a su vez, la producción de pequeñas descargas parciales superficiales, las cuales podrían generar una arco eléctrico superficial o una ruptura del aislamiento posteriormente, lo que daría pie a un cortocircuito.

Es importante considerar que el grado de hidrofobicidad, la resistencia a las arborescencias, la fabricación con materiales de alta constante dieléctrica y la resistencia a la radicación UV son algunos de los factores que deben ser el foco de atención durante el desarrollo de materiales para la construcción o fabricación de accesorios de media tensión, ya sea que se trate de terminales o empalmes de media tensión.

Eduardo Sánchez de Aparicio
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, IEE Sección México. Es miembro del Centro de Competitividad e Innovación de la Caname.
Twitter: @esanchezdea