La distribución de la tensión del campo eléctrico en los cables de CA es uniforme, y la constante dieléctrica es la prioridad en los materiales de aislamiento, que no se ve afectada por la temperatura. Por el contrario, la distribución de la tensión en los cables de CC es máxima en la capa interna del aislamiento y se ve influenciada por la resistividad del material. Los materiales de aislamiento presentan un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que, al aumentar la temperatura, la resistividad disminuye.
Cuando un cable está en funcionamiento, las pérdidas en el núcleo provocan un aumento de temperatura, lo que produce cambios en la resistividad del material aislante. Esto, a su vez, provoca variaciones en la tensión del campo eléctrico dentro de la capa aislante. En otras palabras, para el mismo espesor de aislamiento, la tensión de ruptura disminuye al aumentar la temperatura. En las líneas troncales de CC de las centrales eléctricas distribuidas, el envejecimiento del material aislante es significativamente más rápido debido a las fluctuaciones de la temperatura ambiente en comparación con los cables enterrados, lo cual es un punto crítico.
Durante la producción de capas de aislamiento de cables, inevitablemente se introducen impurezas. Estas impurezas tienen una resistividad de aislamiento relativamente baja y se distribuyen de forma desigual a lo largo de la dirección radial de la capa de aislamiento. Esto resulta en una resistividad volumétrica variable en diferentes puntos. Bajo tensión continua, el campo eléctrico dentro de la capa de aislamiento también varía, provocando que las áreas con menor resistividad volumétrica envejezcan más rápido y se conviertan en puntos potenciales de fallo.
Los cables de CA no presentan este fenómeno. En resumen, la tensión en los materiales de los cables de CA se distribuye uniformemente, mientras que en los cables de CC, la tensión de aislamiento siempre se concentra en los puntos más débiles. Por lo tanto, los procesos y estándares de fabricación para los cables de CA y CC deben gestionarse de forma diferente.
Polietileno reticulado (XLPE)Los cables aislados se utilizan ampliamente en aplicaciones de CA debido a sus excelentes propiedades dieléctricas y físicas, así como a su alta relación calidad-precio. Sin embargo, al utilizarse como cables de CC, se enfrentan a un desafío significativo relacionado con las cargas espaciales, especialmente críticas en cables de CC de alta tensión. Cuando se utilizan polímeros como aislamiento de cables de CC, una gran cantidad de trampas localizadas dentro de la capa aislante provoca la acumulación de cargas espaciales. El impacto de las cargas espaciales en los materiales aislantes se refleja principalmente en dos aspectos: la distorsión del campo eléctrico y los efectos de la distorsión del campo no eléctrico, ambos muy perjudiciales para el material aislante.
La carga espacial se refiere al exceso de carga más allá de la neutralidad eléctrica dentro de una unidad estructural de un material macroscópico. En los sólidos, las cargas espaciales positivas o negativas están ligadas a niveles de energía localizados, lo que proporciona efectos de polarización en forma de polarones ligados. La polarización de la carga espacial ocurre cuando hay iones libres presentes en un material dieléctrico. Debido al movimiento de iones, los iones negativos se acumulan en la interfaz cerca del electrodo positivo, y los iones positivos se acumulan en la interfaz cerca del electrodo negativo. En un campo eléctrico de CA, la migración de cargas positivas y negativas no puede seguir el ritmo de los rápidos cambios en el campo eléctrico de frecuencia industrial, por lo que no se producen efectos de carga espacial. Sin embargo, en un campo eléctrico de CC, el campo eléctrico se distribuye según la resistividad, lo que lleva a la formación de cargas espaciales y afecta la distribución del campo eléctrico. El aislamiento de XLPE contiene un gran número de estados localizados, lo que hace que los efectos de carga espacial sean particularmente severos.
El aislamiento de XLPE está reticulado químicamente, formando una estructura reticulada integrada. Al ser un polímero apolar, el cable en sí puede compararse con un condensador de gran tamaño. Cuando se detiene la transmisión de CC, equivale a cargar un condensador. Aunque el núcleo del conductor está conectado a tierra, no se produce una descarga efectiva, lo que deja una cantidad significativa de energía de CC almacenada en el cable en forma de cargas espaciales. A diferencia de los cables de alimentación de CA, donde las cargas espaciales se disipan mediante pérdidas dieléctricas, estas cargas se acumulan en los defectos del cable.
Con el tiempo, con frecuentes interrupciones de energía o fluctuaciones en la intensidad de la corriente, los cables aislados con XLPE acumulan cada vez más cargas espaciales, lo que acelera el envejecimiento de la capa de aislamiento y reduce la vida útil del cable.
Hora de publicación: 10 de marzo de 2025