La distribución de la tensión del campo eléctrico en los cables de corriente alterna (CA) es uniforme, y el diseño de los materiales aislantes se centra en la constante dieléctrica, que no se ve afectada por la temperatura. En cambio, en los cables de corriente continua (CC), la distribución de la tensión es máxima en la capa interna del aislamiento y está influenciada por la resistividad del material aislante. Los materiales aislantes presentan un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que, a medida que aumenta la temperatura, disminuye la resistividad.
Cuando un cable está en funcionamiento, las pérdidas en el núcleo provocan un aumento de la temperatura, lo que a su vez genera 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 un mismo espesor de aislamiento, la tensión de ruptura disminuye a medida que aumenta la temperatura. En el caso de las líneas troncales de CC en 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 a tener en cuenta.
Durante la fabricación de las capas de aislamiento de los cables, inevitablemente se introducen impurezas. Estas impurezas presentan 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 da lugar a una resistividad volumétrica variable en diferentes puntos. Bajo tensión continua, el campo eléctrico dentro de la capa de aislamiento también varía, lo que provoca que las zonas con menor resistividad volumétrica envejezcan más rápidamente y se conviertan en posibles puntos de fallo.
Los cables de corriente alterna (CA) no presentan este fenómeno. En términos sencillos, la tensión en los materiales de los cables de CA se distribuye uniformemente, mientras que en los cables de corriente continua (CC), la tensión del aislamiento siempre se concentra en los puntos más débiles. Por lo tanto, los procesos de fabricación y las normas para cables de CA y CC deben gestionarse de forma diferente.
Polietileno reticulado (XLPE)Los cables aislados se utilizan ampliamente en aplicaciones de corriente alterna (CA) debido a sus excelentes propiedades dieléctricas y físicas, así como a su alta relación costo-rendimiento. Sin embargo, cuando se utilizan como cables de corriente continua (CC), presentan un importante problema relacionado con la carga espacial, que resulta especialmente crítico en cables de CC de alta tensión. Cuando se utilizan polímeros como aislamiento para cables de CC, un gran número de trampas localizadas dentro de la capa aislante provocan la acumulación de cargas espaciales. El impacto de las cargas espaciales en los materiales aislantes se manifiesta principalmente en dos aspectos: la distorsión del campo eléctrico y los efectos no eléctricos, ambos altamente 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 se unen a niveles de energía localizados, generando efectos de polarización en forma de polarones ligados. La polarización de carga espacial se produce cuando hay iones libres en un material dieléctrico. Debido al movimiento iónico, los iones negativos se acumulan en la interfaz cercana al electrodo positivo, y los iones positivos se acumulan en la interfaz cercana al electrodo negativo. En un campo eléctrico de corriente alterna (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 corriente continua (CC), el campo eléctrico se distribuye según la resistividad, lo que da lugar a la formación de cargas espaciales y afecta a la distribución del campo eléctrico. El aislamiento XLPE contiene un gran número de estados localizados, lo que hace que los efectos de carga espacial sean particularmente severos.
El aislamiento XLPE está reticulado químicamente, formando una estructura reticulada integrada. Al ser un polímero no polar, el cable se asemeja a un condensador de gran capacidad. Cuando se interrumpe la transmisión de corriente continua (CC), equivale a cargar un condensador. Aunque el núcleo del conductor está conectado a tierra, no se produce una descarga efectiva, lo que provoca que una cantidad significativa de energía de CC se almacene en el cable en forma de cargas espaciales. A diferencia de los cables de corriente alterna (CA), donde las cargas espaciales se disipan mediante pérdidas dieléctricas, estas cargas se acumulan en los defectos del cable.
Con el tiempo, debido a las frecuentes interrupciones del suministro eléctrico o a las fluctuaciones en la intensidad de la corriente, los cables con aislamiento XLPE acumulan cada vez más cargas volumétricas, lo que acelera el envejecimiento de la capa aislante y reduce la vida útil del cable.
Hora de publicación: 10 de marzo de 2025