La estructura del cable parece sencilla, pero en realidad cada uno de sus componentes tiene una función importante, por lo que es necesario seleccionar cuidadosamente el material de cada componente durante la fabricación del cable, para garantizar la fiabilidad del cable fabricado con dichos materiales durante su funcionamiento.
1. Material conductor
Históricamente, los materiales utilizados para los conductores de cables de alta tensión eran el cobre y el aluminio. También se probó brevemente el sodio. El cobre y el aluminio poseen una mejor conductividad eléctrica, y la cantidad de cobre necesaria para transmitir la misma corriente es relativamente menor, por lo que el diámetro exterior del conductor de cobre es menor que el del conductor de aluminio. El precio del aluminio es significativamente inferior al del cobre. Además, debido a que la densidad del cobre es mayor que la del aluminio, incluso con la misma capacidad de conducción de corriente, la sección transversal del conductor de aluminio es mayor que la del conductor de cobre, pero el cable con conductor de aluminio sigue siendo más ligero que el cable con conductor de cobre.
2. Materiales aislantes
Existen numerosos materiales aislantes que pueden utilizarse en cables de media tensión, incluyendo materiales de aislamiento de papel impregnado, tecnológicamente avanzados y utilizados con éxito durante más de 100 años. Actualmente, el aislamiento de polímero extruido goza de amplia aceptación. Entre los materiales de aislamiento de polímero extruido se incluyen PE (LDPE y HDPE), XLPE, WTR-XLPE y EPR. Estos materiales son tanto termoplásticos como termoestables. Los materiales termoplásticos se deforman al calentarse, mientras que los termoestables conservan su forma a temperaturas de funcionamiento.
2.1. Aislamiento de papel
Al principio de su funcionamiento, los cables con aislamiento de papel soportaban cargas pequeñas y se mantenían relativamente bien. Sin embargo, a medida que los usuarios de energía aumentaban la carga, las condiciones de uso originales dejaron de ser adecuadas para las necesidades del cable. Por lo tanto, la buena experiencia inicial no garantiza un buen rendimiento futuro. En los últimos años, los cables con aislamiento de papel se han utilizado muy poco.
2.2.CLORURO DE POLIVINILO
El PVC todavía se utiliza como material aislante para cables de baja tensión de 1 kV y también como revestimiento. Sin embargo, su uso en el aislamiento de cables está siendo rápidamente reemplazado por el XLPE, y su uso en el revestimiento está siendo rápidamente reemplazado por polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), polietileno de densidad media (MDPE) o polietileno de alta densidad (HDPE). Además, los cables sin PVC tienen menores costos de ciclo de vida.
2.3. Polietileno (PE)
El polietileno de baja densidad (LDPE) se desarrolló en la década de 1930 y actualmente se utiliza como resina base para el polietileno reticulado (XLPE) y el polietileno reticulado resistente al agua (WTR-XLPE). En estado termoplástico, la temperatura máxima de funcionamiento del polietileno es de 75 °C, inferior a la de los cables con aislamiento de papel (80-90 °C). Este problema se ha solucionado con la aparición del polietileno reticulado (XLPE), que puede alcanzar o incluso superar la temperatura de servicio de los cables con aislamiento de papel.
2.4.Polietileno reticulado (XLPE)
El XLPE es un material termoestable que se obtiene mezclando polietileno de baja densidad (LDPE) con un agente reticulante (como el peróxido).
La temperatura máxima de funcionamiento del conductor del cable aislado con XLPE es de 90 °C, la prueba de sobrecarga alcanza los 140 °C y la temperatura de cortocircuito puede llegar a los 250 °C. El XLPE posee excelentes características dieléctricas y puede utilizarse en un rango de tensión de 600 V a 500 kV.
2.5. Polietileno reticulado resistente al agua (WTR-XLPE)
El fenómeno de los árboles de agua reduce la vida útil del cable XLPE. Existen muchas maneras de reducir su crecimiento, pero una de las más comunes es el uso de materiales aislantes especialmente diseñados para inhibir dicho crecimiento, como el polietileno reticulado resistente al agua (WTR-XLPE).
2.6. Caucho de etileno propileno (EPR)
El EPR es un material termoestable compuesto de etileno y propileno (a veces con un tercer monómero). El copolímero de estos tres monómeros se denomina caucho de etileno-propileno-dieno (EPDM). En un amplio rango de temperaturas, el EPR se mantiene flexible y presenta una buena resistencia a la descarga corona. Sin embargo, la pérdida dieléctrica del EPR es significativamente mayor que la del XLPE y el WTR-XLPE.
3. Proceso de vulcanización del aislamiento
El proceso de reticulación es específico del polímero utilizado. La fabricación de polímeros reticulados comienza con un polímero matriz al que se le añaden estabilizadores y agentes reticulantes para formar una mezcla. El proceso de reticulación añade más puntos de conexión a la estructura molecular. Una vez reticulada, la cadena molecular del polímero conserva su elasticidad, pero no puede romperse por completo para convertirse en un fluido fundido.
4. Materiales de blindaje para conductores y materiales de blindaje aislante
La capa de blindaje semiconductora se extruye sobre la superficie exterior del conductor y el aislamiento para uniformizar el campo eléctrico y confinarlo en el núcleo aislado del cable. Este material contiene negro de humo de grado técnico para que la capa de blindaje del cable alcance una conductividad estable dentro del rango requerido.
Fecha de publicación: 12 de abril de 2024