¿Porque es importante elección correcta de empalmes para aplicaciones en parques eólicos?

Por: Diego Altube (empalmes y terminaciones MT)

Acerca de Diego Altube

Amplia experiencia en redes de distribución eléctricas de AT, MT y BT. empalmes y terminaciones MT
Proyección y manejo de obras eléctricas de AT, MT y BT.
Conocimientos sobre el Mercado eléctrico mayorista.
Experiencia en capacitaciones y realización de presentaciones.

(simpre es importante la elección adecuada, en este caso profundizaremos en Parques eólicos)

La confiabilidad de un sistema eléctrico puede, definirse como la combinación de tres factores:

1. La confiabilidad en términos de performance: referidas a una pieza o equipo que forma parte del sistema.
2. La capacidad de mantenimiento: formada por la capacidad de prevenir y localizar fallas a tiempo y asimismo la accesibilidad que tenemos a la reparación de estas.
3. Seguridad de mantenimiento: en términos de capacidad de gestión del sistema, capacitación del personal, nivel de tecnologías aplicadas en el equipamiento que forma parte de la red, equipos e instrumentación, accesibilidad y manejo de las partes de reparación.

Fallas relacionadas con componentes (empalmes y terminaciones MT)

Es conocido que un gran porcentaje de las fallas producidas en un sistema eléctrico provienen de fallas relacionadas con sus componentes, cables, transformadores, interruptores, líneas aéreas, empalmes y terminaciones, etc. Cada componente está manufacturado con diferentes partes las cuales tienen una probabilidad determinada de falla. Estas probabilidades están estudiadas tanto para equipamientos como para diferentes tipos de redes.

¿Cómo puede influir elección de la tecnología en un accesorio de MT, en el costo de la explotación de la red?

La respuesta a esto la vimos antes cuando analizamos cuales son los factores que determinan la confiabilidad de un sistema eléctrico, muchos de estos factores tenían que ver con la confiabilidad del accesorio, capacidad de detectar y localizar la falla a tiempo, la capacitación del personal, tecnología asociada a este, etc.

Hay una serie de costos asociados a la elección de la tecnología que son inherentes a la misma y forman parte del costo total que muchas veces no se evalúa completamente. Termina evaluándose el costo inicial del material, pero no su impacto en relación con la instalación total.

Se han hecho varias evaluaciones de este tipo en el mundo y se ha demostrado que a mayor nivel de integración en los empalmes y terminaciones de cables de MT (menor complejidad y menos pasos críticos de instalación por cada accesorio) menor es el costo total de explotación de la red.

(empalmes y terminaciones de cables de MT) Ahora la pregunta que sigue es:

¿Qué es el nivel de integración en un empalme o terminación de media tensión?

Se define de acuerdo con la capacidad que tenga este empalme o terminal de recuperar (en el caso de los empalmes) o instalar (en el caso de las terminaciones) la mayor cantidad de capas de cable en una sola operación.

Por ejemplo: en el caso de los empalmes, donde debo “reconstruir” el cable en la zona a empalmar, es poder recuperar la conductividad, el primer electrodo semiconductor, el control de campo, la aislación, la pantalla electrostática y la protección mecánica en la menor cantidad de pasos posibles. En el caso de las terminaciones, poder recuperar el control de campo, los sellos y la aislación externa también en la menor cantidad de pasos posibles.

Los beneficios de un accesorio de cable con un alto grado de integración incluyen:

1. Que se cometan menos errores en el proceso de instalación debido a que:

a. Se ejecutan menos pasos (accesorio con capas integradas de fábrica)

b. El instalador se enfrenta a una instalación menos compleja

c. Las capas integradas aseguran un correcto posicionamiento de estas durante la instalación

2. Mayor productividad debido a que:

a. La instalación dura menos tiempo.

b. Genera menor posibilidad de fallas debido a deficiencias en la mano de obra.

c. Requiere de menor nivel de entrenamiento.

Estos beneficios claramente impactan en reducir las fallas y mejorar la explotación de la red eléctrica.

Desafíos:

Los parques eólicos presentan grandes desafíos en función de los costos de explotación de estas redes. (empalmes y terminaciones MT)

• Régimen de uso: Los aerogeneradores tienen la particularidad que en el momento en que están produciendo energía muchas veces lo hacen a plena potencia, mientras que, si no están generando, la carga en el cable es nula.

Temperatura del cable (empalmes y terminaciones MT)

El primero tiene que ver con la temperatura. El cable, durante gran parte del tiempo, está funcionando a su mayor régimen y máxima temperatura. Una de las fallas más comunes en empalmes y terminales de MT son las fallas debido a una mala ejecución de la conexión, como son defectos de compresión/indentación.

Muchas veces las máquinas que se utilizan para este trabajo están mal mantenidas, no funcionan correctamente, o el instalador no dispone de la variedad de accesorios correctos para las secciones de cable utilizadas. El exceso de temperatura provocado naturalmente por el tipo de régimen de uso, vuelve más sensible el empalme a defectos en la conexión, lo mismo sucede en las terminaciones.

El segundo tiene que ver con que el cable se calienta y se enfría constantemente,

Esto provoca que el cable se expanda y contraiga en repetidas ocasiones, en este punto el material utilizado debe ser capaz de garantizar un sello constante para evitar la entrada de agua y contaminantes a la zona del empalme.

• Niveles de tensión elevados: Las instalaciones en parques eólicos suelen desarrollarse en niveles de tensión de 36kV. En estos niveles de tensión, el campo eléctrico es elevado. En este punto, dejar burbujas de aire u oclusiones dentro de la zona del corazón del empalme puede provocar fallas por descargas parciales. Debemos asegurarnos que los sistemas de control de campo o los empalmes en general estén correctamente instalados para no provocar futuras fallas.

Es oportuno recordar que los empalmes en una instalación de un parque eólico o una instalación eléctrica en general son un tema crítico, ya que suelen ser puntos débiles de la red, lugares donde potencialmente se pueden producir fallas.

La confiabilidad del sistema eléctrico

En este punto es crítica, debemos analizar previamente cuales son los costos relacionados a estas fallas que van más allá del costo del material del empalme teniendo en cuenta que:

• Estas redes suelen estar alejadas de cualquier centro urbano.
• La disponibilidad de recursos en estos lugares es finita.
• La dificultad en la localización de estas fallas, en un terreno agreste.

Los tiempos de respuesta aquí van a ser largos y los costos elevados.

Elegir la tecnología correcta incrementará la confiabilidad del sistema eléctrico generando ahorros importantes en los costos de explotación de la red minimizando los costos por mantenimiento.

Elección de la tecnología:

La tecnología contraíble en Frío puede solucionar varios de los desafíos que antes planteamos. integrando en un solo cuerpo desde el conector hasta la protección mecánica externa, como es el caso de varios modelos en tecnologías de empalmes

Resistencia a la contaminación

No existen normas en la actividad, que le provean a un ingeniero de diseño en distribución, un criterio
específico para la aceptabilidad de variados diseños de terminales en la amplia diversidad de ambientes
poluídos que se pueden encontrar.
El ensayo de contaminantes sólidos intenta simular un ambiente industrial, de alta humedad, en
las cercanías de la costa marina. Incluye una llovizna leve, y alrededor de seis veces más conductiva que la
lluvia normal que se puede encontrar en zonas marinas.

Procedimiento de ensayo:

• Contaminante: de acuerdo a ASTM D-2132 Dust and Fog Test (pedernal, arcilla, pulpa de papel y sal)
• Las muestras se contaminan cada 300 horas
• Volumen de llovizna: 0,32 litros / min
• Tensión aplicada a las muestras: 13 kV contra tierra
• Hasta 14 terminales instalados en una rueda con un diámetro de 2,5 metros
• El agua se apliza por medio de un pico central, que gira sobre las muestras 3,5 veces por minuto, para generar ciclos de humedad-secado, simulando las peores condiciones de tracking.

Aviso de Precaución para el uso de Tecnología Termocontraíble (empalmes y terminaciones MT)

• Ajuste el soplete para obtener una llama azul suave, con extremo amarillo. Se deben evitar las llamas
azules con forma de punta de lápiz.
• Mantenga la llama en constante movimiento para evitar chamuscar el material.
• Asegúrese que el tubo se ha contraído uniformemente en toda su circunferencia antes de seguir
avanzando.
• El tubo debe tener una apariencia uniforme y sin arrugas. El perfil de los componentes internos debe
quedar claramente definido.
• Utilice adecuada ventilación y evite la carbonización o el quemado durante la instalación.
• Carbonizar o quemar el producto, producirá humos que pueden provocar irritación en ojos,
piel, nariz y garganta, dolor de cabeza, mareos, nausea, y, en ausencia de ventilación, puede
llevar a la asfixia.

Estas indicaciones pueden encontrarse en las instrucciones de instalación y en las etiquetas de productos termocontraíbles. Aparentemente el usuario debe preocuparse con temas concernientes al cuidado de la salud al usar productos de este tipo. Con la tecnología Contraíble en Frío, ninguna de estas advertencias es necesaria.

REF: “Reliability Engineering Methods for Distribution Systems: Influence of differences between cable system and overhead lines”. Anna Guldbrand, Dept. of Industrial Electrical Engineering and Automation Lund University. 2007. “Power system reliability analysis application guide”, Brochure 026, CIGRE WG 03 of SC 38, 1987.