Las manos de un trabajador sosteniendo una cuerda blanca junto a un suelo texturizado y una herramienta cilíndrica oscura.

Los beneficios de la tecnología Contráctil en Frío frente a la tecnología Termocontráctil

Autor: Bill Taylor, Ingeniero de Desarrollo de Producto jubilado de 3M

Persona de contacto: George Fofeldea, Ingeniero de Aplicaciones 3M

Publicado en octubre de 2022

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Una breve historia de la tecnología Contráctil en Frio

Los accesorios para cables termocontráctiles y contráctiles en frío se desarrollaron en la década de 1960 debido a la introducción de cables aislados de caucho y polietileno. Ambas tecnologías utilizan material entreticulable que se expande y vende en el estado expandido. La tecnología termocontráctil utiliza calor para contraerse sobre el cable, mientras que la tecnología contráctil en frío utiliza las propiedades mecánicas del caucho, la que le permite contraerse sobre el cable sin necesidad de calor externo. Dado que ambas tecnologías se reducen al cable, pueden parecer similares, pero sus características clave de rendimiento son muy diferentes. Antes de analizar con más detalle cómo funcionan estas tecnologías, vamos a repasar brevemente la historia de 3M con productos contráctiles en frío.

3M no solo inventó la tecnología contráctil en frío, sino que ha trabajado continuamente durante muchas décadas para mejorarla y ampliar sus capacidades. En los años posteriores al desarrollo de la tecnología contráctil en frío en 1968, 3M ha realizado avances en empalmes y terminales contráctil en frío para aplicaciones de media tensión y hasta 69/72,5 kV.

El claro éxito de la tecnología contráctil en frío ha llevado a muchas otras empresas a ofrecer productos similares. Sin embargo, la extensa trayectoria y experiencia de 3M en productos contráctiles en frío le otorgan a la compañía un nivel de conocimiento que otros fabricantes no poseen a la hora de desarrollar nuevos productos de este tipo. De hecho, muchos de nuestros productos contráctiles en frío para media tensión han estado en servicio durante más de 40 años, un nivel de desempeño y confiabilidad de larga trayectoria.

Explicación de cómo funcionan las tecnologías

Veamos con más detalle cómo funciona cada tecnología, para entender las diferencias entre la tecnología Termocontráctil y la Contráctil en Frío y cómo se aplican esas diferencias al rendimiento.

Figura 1.

Los productos contráctiles en frío suelen usar materiales de caucho como silicona o monómero de dieno propileno de silicón (EPDM), mientras que los termoretráctiles suelen emplear materialesde tipo más plásticos como acetato de vinilo de etileno (EVA), fluoruro de polivinilideno Kynar® (PVDF) u otros materiales similares. Todos estos materiales son reticulables, lo que permite estirarse y luego encogerse de nuevo sobre el cable.

La reticulación de estos materiales forma enlaces entre las moléculas de cadena larga, que actúan como resortes que intentan encoger el material hasta su diámetro original (véase la Figura 1). De hecho, ninguno de los materiales volverá a su diámetro original, y la distancia a la que se encogen —por encima del diámetro original— se denomina conjunto permanente del material. Todos los productos están diseñados teniendo en cuenta este conjunto permanente al proporcionar el rango de aplicaciones publicado del producto. Para materiales tanto contráctiles en frío como termocontráctiles, existe un diámetro mínimo y un máximo para cada accesorio. El diámetro mínimo se basa en el conjunto permanente del material y el diámetro máximo se basa en un porcentaje máximo de expansión en la aplicación para minimizar la posibilidad de despartimiento.

Los materiales termocontráctiles tienen regiones cristalinas que mantienen el material rígido. Para fabricar los productos, el material en estado final (tubo, bota, etc.) se calienta por encima de la temperatura de fusión de estas regiones cristalinas, lo que permite expandir el material. Una vez en estado expandido, el producto se enfría para que las regiones cristalinas se reformen y mantengan el producto expandido. Para instalar los productos termocontráctiles, el producto se calienta a una temperatura que funde las regiones cristalinas para que los enlaces de reticulación puedan trabajar y encoger el producto. Una vez que el producto se encoge en su lugar, se elimina el calor y las regiones cristalinas se forman de nuevo, haciendo que el producto permanezca en su última forma reducida. Normalmente, estas regiones cristalinas se funden entre 90 y 110 grados C. Dado que estos productos se instalan en el exterior del aislamiento del cable, no deberían ver estas temperaturas durante el funcionamiento normal.

Debido a las regiones cristalinas, los productos termocontráctiles no ejercen presión hacia dentro una vez que se encogen hasta su configuración final, por lo que los productos termocontráctiles utilizan masillas para sellados ambientales. Esto significa que los productos termocontráctiles no se expanden ni contraen con el aislamiento del cable a medida que pasa por ciclos de carga. Con el tiempo, esto puede causar problemas con los accesorios termocontráctiles. Cuando un cable se expande térmicamente, también expandirá el material termocontráctil,
Figura 2.

pero debido a la rigidez del termoretráctil y las regiones cristalinas, cuando el aislamiento del cable se contrae por menor corriente y menor temperatura ambiente, el material termocontráctil no se encoge con él.

Después de unos 8-10 años, esto puede causar un problema de interfaz en accesorios de media tensión. Un cliente utilizó empalmes termocontráctiles grandes en una aplicación aérea (porque los empalmes contráctiles en frío no estaban disponibles en un tamaño que acomodara su conector extra largo), pero después de 8 años en servicio comenzaron a producirse fallas frecuentes, en forma de descargas a lo largo de la interfaz durante climas fríos.

Los productos contráctiles en frío se diferencian de los productos termoretráctiles en que los materiales reticulados siempre intentan alcanzar un diámetro menor y, por tanto, ejercen presión hacia dentro sobre el objeto sobre el que se encogen. Ejercen presión hacia dentro sobre el núcleo en el que se envían, por lo que el núcleo debe estar diseñado para no colapsar con la presión interna del producto. Una vez retirado el núcleo, el accesorio se encoge sobre el cable sin calor ni ninguna otra fuerza externa. Una vez en el cable, los productos contráctiles en frío están diseñados para proporcionar presión hacia dentro durante más de 50 años, como se muestra en la Figura 2. Esta presión permite que los productos contraíbles en frío se expandan y contraigan con el cable. A medida que el cable se expande debido a temperaturas más altas, ya sea por temperatura ambiente o por mayores corrientes, el producto contráctil en frío se expande hacia afuera, aumentando ligeramente la presión de la interfaz entre el accesorio y el cable. Cuando el cable se contrae al disminuir la carga y/o la temperatura ambiente, el producto contráctil en frío también se contrae junto con el cable, manteniendo una alta presión de interfaz entre el cable y el accesorio.

Todas las razones mencionadas anteriormente son por las que 3M recomienda accesorios de cable contráctil en frío para aplicaciones de media tensión.

Ventajas de la tecnología contráctil en frío frente a la tecnología termocontráctil

Además del hecho de que la tecnología contráctil en frío proporciona una excelente presión de interfaz y un “sello vivo”, en comparación con la tecnología termocontráctil, que no proporciona presión de interfaz y debe utilizar masilla y/o adhesivos para el sellado, los productos de contracción en frío ofrecen muchas otras ventajas.

Después de que los productos termocontráctiles son instalados, no deben moverse ni doblarse, ya que esto puede comprometer el sellado ambiental o la interfaz aislamiento‑aislamiento del producto. Las regiones cristalinas del material termocontraíble lo hacen muy rígido y duro, y evitan que el material pueda contraerse sobre el cable o ejercer presión hacia adentro. En cambio, los productos contráctiles en frío pueden doblarse hasta el radio mínimo de curvatura del cable y continuarán ejerciendo presión hacia adentro sobre el cable, manteniendo su desempeño. La Figura 3 muestra terminales de 69 kV que se encuentran en posición doblada y funcionando correctamente.

Los accesorios termocontráctiles de media tensión normalmente se instalan en muchas más piezas que los accesorios equivalentes contráctiles en frío. Esto puede dar lugar a un mayor número de errores de instalación, ya que existen más componentes que pueden extraviarse u olvidarse durante el montaje. Además, estos componentes adicionales incrementan el tiempo de instalación, el cual es considerablemente mayor para productos termocontráctiles que para productos contráctiles en frío. La Figura 4 muestra los componentes termocontráctiles requeridos para una terminal exterior de dos faldones, mientras que la Figura 5 muestra que, para lograr el mismo resultado, solo se necesita instalar un único componente contráctil en frío. La Figura 6 presenta los componentes de un kit de empalme termocontráctil de media tensión, y la Figura 7 muestra los componentes del kit de empalme contráctil en frío correspondiente para media tensión.

Figura 4.

Terminación termocontráctil de media ténsion 3M
Figura 5.

Terminación de caucho de silicona 3M™ QT-III 7642-S-2
Figura 6.

Kit empalme termocontráctil de media tensión 3M™
Figura 7.

Kit de empalme contráctil en frío 3M™ QS-III 5467A

Confiabilidad
Ventajas de la Contráctil en Frío

Proporciona una excelente presión de interfaz y un “sello vivo”, con una presión de interfaz mucho mayor que la de cualquier otro accesorio, lo que ayuda en gran medida a asegurar una larga vida útil del accesorio.
Desventajas de la Termocontráctil

No proporciona presión de interfaz y debe utilizar masilla y/o adhesivos para el sellado, y puede fallar con el tiempo debido a la expansión y contracción térmica del cable.
Funcionalidad
Ventajas de la Contráctil en Frío

Puede doblarse hasta el radio máximo de curvatura del cable y continuará ejerciendo presión hacia adentro sobre el cable, manteniendo su desempeño.

Disponible para cables de transmisión de hasta 245 kV

El material utilizado para la parte exterior de las terminales contráctiles en frío, caucho siliconado, es naturalmente hidrofóbico y resistente al tracking.
Desventajas de la Termocontráctil

No debe moverse ni doblarse después de la instalación, ya que esto puede comprometer el sellado ambiental o la interfaz entre aislamientos en productos de media tensión.

Limitado a un máximo de 72 kV

Los materiales de la terminación termocontráctil deben tener aditivos que los hagan hidrofóbicos y resistentes al tracking
Instalación
Ventajas de la Contráctil en Frío

Una pieza para instalar; se puede hacer rápida y eficientemente (los estudios de laboratorio cronometrados confirman la ventaja de velocidad)

No se necesita fuente de calor

No se requiere trabajo en caliente ni permiso de llama abierta

No se requieren ventiladores de extracción en las cámaras

Tiempo de instalación más corto

Los empalmes o terminaciones contráctiles en frío se encogen uniformemente por sí solos al retirar el núcleo y se posicionan fácilmente

Sin emisiones de gas
Desventajas de la Termocontráctil

Hay muchas piezas que instalar, lo que puede contribuir a errores de instalación dependiendo de la experiencia del técnico y lleva más tiempo

Se requiere una botella de gas pesada o fuente de calor; los trabajadores, otros accesorios y cables están en riesgo de posibles lesiones o daños

Se requiere permiso para trabajo en caliente o fuego abierto

Puede ser necesario usar ventiladores de extracción para evitar la acumulación de gases combustibles durante la instalación y puede ser necesario equipamiento adicional de protección personal (EPI) adecuado según las prácticas de tu empresa

Tiempo de instalación más largo

La forma uniforme y el grosor de la pared dependen de la aplicación adecuada de calor radial en condiciones de trabajo difíciles
Coste
Ventajas de la Contráctil en Frío

En general, más barato

Más rentable y más rápido de instalar, mejor rendimiento eléctrico y mayor confiabilidad.
Desventajas de la Termocontráctil

Más caro en general

Tiempo de instalación más largo, permisos, tiempo de permisos, mantenimiento y productos adicionales como mástiles termofusibles y adhesivos

Consejos y trucos para la instalación

- Los productos termocontráctiles deben calentarse de manera uniforme en toda su superficie para lograr una buena instalación y asegurar que toda la masilla fluya correctamente para proporcionar el sellado. Cuando se aplica calor a los materiales termocontráctiles, el calentamiento puede ser desigual, por ejemplo solo desde el frente o desde la parte superior, debido a condiciones de trabajo difíciles, a la experiencia del instalador, a compartimientos de cable estrechos u otras construcciones y cables que obstaculizan a la fuente de calor. Esto da como resultado marcas de quemado, diferencias significativas en el espesor de la pared del aislamiento, así como adhesivos termofusibles y masillas que no se activan debido a la falta de calor a través del material termocontráctil. Una vez que un accesorio termocontráctil es instalado, no debe doblarse, ya que el sellado podría verse comprometido.
- Los accesorios contráctiles en frío suelen tener un diseño de caucho de una sola pieza que se contrae sobre el cable cuando se retira el núcleo de soporte. La instalación es fácil y sencilla, ya que únicamente se requiere alinear el accesorio en la posición correcta y retirar el núcleo de soporte. Ha habido algunas quejas de que a veces el núcleo de soporte se queda atascado. Los siguientes consejos y trucos evitarán que el núcleo se quede atascado y permitirán una instalación fácil y exitosa. Primero, permita que el accesorio contráctil en frío se contraiga lentamente hasta que apenas esté tocando el cable. Luego, el accesorio puede girarse para alinearlo con la marca de cinta. Cuando el accesorio esté posicionado, retirar algunas vueltas adicionales del núcleo de soporte asegurará el accesorio. La mejor manera de retirar el núcleo de soporte es mover el extremo del núcleo alrededor del cable en sentido contrario a las manecillas del reloj y luego aplicar un tirón corto. Este método mantiene el núcleo de soporte alejado del cable y del conector o zapata. Tenga cuidado, ya que realizar tirones largos del núcleo puede provocar que el núcleo se incruste en el cable. Si esto ocurre, realice vueltas adicionales de la cinta del núcleo alrededor del cable en sentido contrario a las manecillas del reloj para evitar que la cinta del núcleo de soporte se atore. Además, al retirar el núcleo de soporte, por favor toque únicamente la cinta del núcleo de soporte y no el accesorio en sí, ya que esto permitirá que el accesorio se instale en la ubicación correcta.

Calidad de la Contráctil en Frío 3M

Como 3M inventó la tecnología contráctil en frío y lleva más de 50 años en el negocio del contráctil en frío, tenemos más experiencia que la mayoría, lo cual es tremendamente valioso a la hora de diseñar productos contráctil en frío. La tecnología preferida de 3M para accesorios de cables de media tensión es la contráctil en frío, ya que creemos que es la mejor tecnología para esta aplicación.

Figura 8.

Todas las terminaciones contráctil en frío de media tensión de 3M utilizan control de tensiones dieléctricas de alto nivel porque es uno de los mejores métodos de control de tensiones eléctricas. La mayoría de las terminaciones contráctiles en frío vendidas por otros fabricantes utilizan control geométrico de tensiones para terminaciones de media tensión, porque es más fácil de desarrollar y fabricar. Los siguientes gráficos de tensiones eléctricas muestran terminaciones usando control geométrico de tensiones en la Figura 8 y control de tensiones dieléctricas altas en la Figura 9.

Como sabemos, en los gráficos de esfuerzos eléctricos, cuanto más cerca están las líneas equipotenciales, mayor es la tensión eléctrica, porque la tensión es simplemente la tensión dividida por la distancia. Cuanto más cerca estén las líneas, mayor es la diferencia de voltaje en una distancia más corta y, por tanto, mayor es la tensión. A partir de los gráficos, es evidente que el control de altos esfuerzos dieléctricos dispersa las líneas equipotenciales de modo que la tensión superficial en la terminación es significativamente menor. El gráfico geométrico de control de tensiones muestra cómo este tipo de control supera la tensión eléctrica con aislamiento adicional, pero las líneas equipotenciales siguen estando muy cercanas, por lo que
Figure 9.

la tensión superficial en la terminación es mucho mayor, lo que puede provocar seguimiento en zonas altamente contaminadas y requiere una terminación más larga para cumplir con los requisitos eléctricos estándar. Un documento técnico de 3M titulado "Control geométrico vs. capacitivo de tensiones: elegir accesorios para terminación de cable para ayudar a reducir el estrés eléctrico"2 proporciona datos de prueba comparando terminaciones geométricas frente a terminaciones de control de tensión dieléctrica alta. Los datos muestran que las terminaciones de alto dieléctrico rinden mejor.

Otro tipo de control de tensiones eléctricas es el resistivo. El control resistivo de tensiones depende mucho del instalador y se utiliza en algunos accesorios termocontráctiles. Este tipo de control de tensiones utiliza cinta sensible a la dirección que debe instalarse para evitar vacíos de aire en el paso semiconductor del cable. El control resistivo de esfuerzos también requiere una longitud mayor para funcionar correctamente, por lo que los accesorios suelen ser más largos. Como ocurre con la mayoría de los accesorios termocontráctiles, colocar cinta correctamente es una parte muy importante del proceso de instalación.
Figura 10.

3M ofrece varias opciones de empalme contráctil en frío para que los clientes puedan elegir la mejor para su aplicación. Los empalmes pueden usar tanto control geométrico como de alto dieléctrico de tensiones. En comparación con sus competidores, 3M ofrece opciones de menor coste con más componentes o opciones totalmente integradas con menos piezas. Más piezas ofrecen más posibilidades de errores del instalador. Además, los empalmes 3M tienen más tolerancias de instalación y ofrecen un buen rendimiento eléctrico y térmico. Todos los empalmes 3M tienen historias largas y confiables. 3M inventó el primer empalme contráctil en frío y ha desarrollado empalmes adicionales según lo requiera la industria. Con 3M, puedes elegir el empalme o empalmes que mejor se adapten a tus aplicaciones y estar seguro de que serán fáciles de instalar y confiables.

Resumen

La tecnología Contráctil en Frío tiene muchas ventajas sobre la tecnología Termocontráctil, desde la facilidad y rapidez de instalación hasta el rendimiento y la confiabilidad. Estas ventajas provienen del diseño del accesorio y de las propiedades del material. Por nuestra experiencia y la de muchos usuarios finales que utilizan exclusivamente accesorios de media tensión contráctil en frío, los accesorios contráctil en frío son la mejor opción para todos los cables de media tensión. Únete al futuro. Descubre lo que la tecnología contráctil en frío puede hacer por ti.

Información técnica: La información técnica, la guía y otras declaraciones contenidas en este documento o proporcionadas por 3M se basan en registros, pruebas o experiencia que 3M considera confiables, pero la exactitud, integridad y naturaleza representativa de dicha información no están garantizadas. Esta información está destinada a personas con conocimientos y habilidades técnicas suficientes para evaluar y aplicar su propio juicio informado a la información. No se concede ni implica ninguna licencia bajo derechos de propiedad intelectual de terceros o de terceros con esta información.

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Aviso legal: Bill Taylor, un antiguo 3Mer y miembro o directivo de IEEE/PES/ICC, ha participado y proporcionado información en este documento técnico. Bill también ha recibido una compensación de 3M en relación con su participación y la información que ha proporcionado aquí.

Referencias
1 "Experiencia de prueba y campo con terminaciones elastoméricas" por H. C Hervig, 3M
2 "Control geométrico vs. capacitivo de tensiones: elegir accesorios de terminación de cable para ayudar a reducir el estrés eléctrico" por George Fofeldea