Consideraciones sobre el aumento de temperatura en los pasacables de baja tensión

¿Qué es el aumento de temperatura en un pasacables de baja tensión y por qué es importante?

Aumento de la temperatura del casquillo LV Es el aumento de temperatura por encima de la temperatura ambiente que se acumula en el conductor, las interfaces de contacto y el aislamiento circundante de un pasacables de baja tensión a medida que la corriente de carga fluye a través de él. Se debe al calentamiento resistivo (I²R) en el conductor y el perno, además de a pequeñas pérdidas por contacto y dieléctricas en las interfaces de los terminales, y es el factor que, por sí solo, tiene más probabilidades de acortar la vida útil de un pasacables si se subestima en la fase de especificación.

A diferencia de un fallo mecánico, un aumento térmico excesivo rara vez provoca una avería inmediata. En cambio, acelera el envejecimiento del aislamiento de una forma que está bien documentada en la bibliografía sobre transformadores y aparamenta: según una regla empírica de ingeniería ampliamente citada, cada 8-10 °C de temperatura sostenida por encima de la clase nominal del aislamiento reduce aproximadamente a la mitad su vida útil prevista. Un pasamuros que funciona durante años a una temperatura 15 °C superior a su punto de diseño no falla en el primer año, sino que falla años antes de lo previsto, lo que a menudo se achaca al “desgaste normal” en lugar de atribuirse a una decisión de dimensionamiento tomada en la fase de solicitud de presupuesto.

Esta guía explica las causas del aumento de la temperatura en casquillos de baja tensión, cómo se someten a ensayo y se clasifican, qué factores de corriente y ambientales deben tener en cuenta los ingenieros a la hora de especificarlas, los indicios sobre el terreno que señalan un problema y las medidas prácticas para mitigarlo. Los pasacables de baja tensión forman parte del ámbito más amplio de accesorios para transformadores categoría, y los compradores que busquen un paquete completo de accesorios pueden empezar por el guía de selección de accesorios para transformadores para conocer el contexto general de la categoría antes de centrarse en los aspectos específicos del rendimiento térmico.

¿Qué provoca el aumento de temperatura en los pasamuros de baja tensión?

El aumento de temperatura no es un fenómeno aislado, sino la suma de varias fuentes de calor independientes, y considerarlo como una sola cifra oculta cuál es realmente el problema en una instalación concreta.

Pérdidas resistivas (I²R) en el conductor

La fuente de calor predominante en la mayoría de los pasacables de baja tensión es la pérdida I²R en el perno o conductor por el que circula la corriente: el calor generado varía proporcionalmente al cuadrado de la corriente, por lo que un aumento de 20% en la corriente de carga puede elevar el calentamiento resistivo en aproximadamente 44%, y no en 20%. La sección transversal del conductor, el material (cobre frente a aluminio) y la longitud determinan la resistencia de referencia a partir de la cual se calcula esta pérdida.

Pérdidas por contacto y dieléctricas

La resistencia de contacto en las interfaces de los terminales atornillados o engarzados genera un calentamiento localizado que no se refleja en la lectura de la temperatura global del conductor: una conexión suelta o con un par de apriete insuficiente puede alcanzar una temperatura entre 20 y 30 °C superior a la del cuerpo del conductor que la rodea, incluso cuando el propio conductor se encuentra dentro de los límites de su capacidad nominal. Las pérdidas dieléctricas en el aislamiento circundante suelen ser pequeñas a niveles de tensión de baja tensión, pero aumentan con el envejecimiento del aislamiento o la entrada de humedad, lo que agrava el calor resistivo ya presente.

[Opinión de un experto: Dónde se concentra realmente el calor]

• Las conexiones de los terminales, y no el punto medio del conductor, son el lugar más habitual donde se detectan puntos calientes en la termografía de campo.
• Las uniones entre terminales de aluminio y cobre requieren elementos bimetálicos o un compuesto antioxidante para evitar la deriva de la resistencia de contacto a largo plazo.
• Un solo tornillo apretado con un par insuficiente puede provocar un punto de sobrecalentamiento que un conductor del calibre adecuado no puede compensar.

¿Cómo se comprueba y se clasifica el aumento de temperatura?

El aumento de temperatura se verifica mediante un ensayo de tipo, y no se deduce a partir de un cálculo de la ficha técnica: el pasacables se somete a una corriente nominal hasta que alcanza el equilibrio térmico (normalmente cuando la tasa de aumento de temperatura desciende por debajo de aproximadamente 1 °C por hora), y se mide el aumento resultante por encima de la temperatura ambiente en el conductor, el terminal y cualquier punto de referencia del aislamiento integrado.

La norma de referencia pertinente es la IEC 60137:2017, cláusula 4.8 (Valores máximos de temperatura y aumento de temperatura con respecto a la temperatura del aire ambiente), que establece el marco para medir y comunicar el aumento de temperatura según la clase de aislamiento y de construcción. Los límites específicos de aumento de temperatura permitidos varían en función de la clase de aislamiento y del tipo de construcción, por lo que los compradores deben solicitar el valor de aumento de temperatura comprobado para el modelo exacto de su pasamuros, en lugar de dar por sentado que se aplica una única cifra a todas las clases —.

Una prueba rutinaria a la corriente nominal no siempre reproduce con exactitud las condiciones de campo: la temperatura ambiente del armario, el flujo de aire y las fuentes de calor adyacentes (como interruptores con fusibles o cambiadores de tomas cercanos) pueden hacer que la temperatura real en servicio supere el valor de la prueba de tipo, por lo que la reducción de la potencia nominal para adaptarse a las condiciones reales de instalación es tan importante como la propia potencia nominal de base.

¿Qué intensidad nominal y qué factores ambientales deben tener en cuenta los ingenieros?

Especificar únicamente la corriente nominal de carga, sin tener en cuenta las condiciones ambientales ni las del recinto, es la forma más habitual en que los problemas de aumento de temperatura se incorporan a un proyecto incluso antes de que se haya encargado el pasacables.

Efectos de la temperatura ambiente y la carcasa

Un casquillo diseñado para una temperatura ambiente de 40 °C alcanzará una temperatura notablemente más alta en una cabina sin ventilación expuesta a la luz solar directa, donde la temperatura del aire interior puede superar la temperatura ambiente exterior en 10-15 °C. Los compradores deben especificar sus requisitos en función de la temperatura interior prevista de la cabina, y no de la media climática regional.

Crecimiento de la carga y ciclo de trabajo

La intensidad nominal debe reflejar el crecimiento previsto de la carga a lo largo de la vida útil del transformador, y no solo la carga conectada actual: un pasacables dimensionado sin margen alguno respecto a la demanda máxima actual no deja margen térmico alguno si la carga crece, aunque sea de forma moderada. Cuando el ciclo de trabajo incluye sobrecargas puntuales de corta duración (algo habitual en redes de distribución con fluctuaciones estacionales de la demanda), la constante de tiempo térmica del pasamuros es importante: un pasamuros con una constante de tiempo térmica corta se calienta más rápido durante una sobrecarga, pero también se enfría más rápido una vez que la carga disminuye, mientras que un pasamuros más grande y con mayor masa responde más lentamente en ambos sentidos.

[Perspectiva de un experto: El margen más allá de las especificaciones técnicas]

• Calcula la intensidad nominal en función de la carga máxima prevista, no de la cifra que figura en la placa de características de hoy.
• Al especificar la clase de temperatura, hay que tener en cuenta la temperatura interna de la carcasa, no la temperatura ambiente exterior.
• Solicita la curva de reducción de potencia del fabricante que tenga en cuenta la altitud y la temperatura ambiente de forma conjunta, y no cada factor por separado.

¿Cuáles son los indicios sobre el terreno de un aumento térmico excesivo?

Los problemas de aumento de temperatura rara vez pasan desapercibidos. La decoloración del aislamiento cerca del terminal, un olor débil pero persistente en la interfaz del pasacables o un terminal que se nota caliente al tacto mucho después de que la carga haya disminuido son signos que conviene investigar antes de que se conviertan en un fallo. En las investigaciones de campo sobre pasamuros de baja tensión, la causa principal que se detecta con mayor frecuencia es una conexión del terminal que nunca se volvió a apretar con el par de apriete adecuado tras la puesta en servicio, y no un defecto de fabricación del propio pasamuros.

Lista de verificación para el diagnóstico

• Termografía infrarroja durante la hora punta, en la que se compara la temperatura del terminal con la del cuerpo del conductor y las fases adyacentes
• Comprobación del par de apriete en las uniones atornilladas: una unión que se haya aflojado debido a los ciclos térmicos es la causa más fácil de corregir de los puntos calientes localizados.
• Inspección visual para detectar decoloración, grietas superficiales o residuos calcáreos en el aislamiento cercano al terminal
• Revisión del historial de carga en relación con la intensidad nominal original del pasacables para confirmar que aún dispone de margen.

Los equipos de campo que siguen un proceso de diagnóstico más amplio, y no se limitan únicamente a los síntomas térmicos, pueden consultar la guía de ZeeyiElec flujo de trabajo de diagnóstico de fallos de campo para adoptar un enfoque estructurado que abarque conjuntamente los indicadores de fallo térmico, dieléctrico y mecánico, en lugar de analizar cada uno de ellos por separado. En las instalaciones en las que un mismo terminal también aloja una terminación de cable, las tensiones térmicas y mecánicas en dicha unión deben evaluarse conjuntamente con el par accesorios para cables, ya que un terminal de cable mal fijado puede ser la verdadera causa de un punto caliente que se atribuya al pasacables.

¿Cómo se puede mitigar el aumento de temperatura durante el diseño y la instalación?

La mayoría de los problemas de aumento de temperatura se deben a una de estas tres causas: una sección transversal del conductor insuficiente para la carga real, una conexión de terminales que no se ha apretado o mantenido correctamente, o una carcasa que retiene el calor y que no se tuvo en cuenta en las especificaciones originales.

Medidas de mitigación en la fase de diseño

• Especifica la sección transversal del conductor con un margen por encima de la corriente nominal calculada, y no al mínimo calculado.
• Comprueba el recubrimiento de los terminales y la compatibilidad de los herrajes bimetálicos antes de dar por definitiva una interfaz mixta de cobre y aluminio.
• Solicita la curva de subida probada por el fabricante, en lugar de basarte en un único dato de corriente nominal.

Medidas de mitigación en la instalación y el mantenimiento

• Apriete todas las conexiones de los terminales al valor especificado por el fabricante y vuelva a comprobarlas tras el primer ciclo térmico.
• Asegúrese de que la ventilación de la caja se ajuste a los supuestos de diseño utilizados para la clasificación ambiental del pasacables.
• Programa inspecciones periódicas mediante termografía infrarroja en las conexiones críticas, en lugar de esperar a que aparezca algún síntoma visible.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el aumento de temperatura normal en un pasacables de baja tensión?

El aumento de temperatura admisible depende de la clase de aislamiento y del tipo de construcción del pasacables, por lo que no existe una cifra única y universal; los compradores deben solicitar al fabricante el valor de aumento comprobado para su modelo concreto, en lugar de dar por sentado que se aplica una cifra genérica.

¿En qué medida influye la temperatura ambiente en la intensidad nominal de seguridad de un casquillo?

La temperatura ambiente reduce directamente el margen de funcionamiento seguro: una caja que funciona a una temperatura entre 10 y 15 °C superior a la temperatura ambiente exterior reduce de hecho el margen entre la temperatura de funcionamiento y el límite nominal del aislamiento, por lo que las condiciones de la caja deben especificarse junto con la clase de tensión y corriente.

¿Puede una conexión suelta en un terminal provocar un aumento de la temperatura, aunque el conductor tenga el calibre adecuado?

Sí: la resistencia de contacto en un terminal suelto o con un par de apriete insuficiente puede provocar un punto caliente localizado con una temperatura entre 20 y 30 °C superior a la del conductor circundante, independientemente de que el propio conductor tenga el calibre adecuado para la carga.

¿Con qué frecuencia se debe comprobar el aumento de temperatura tras la instalación?

La mayoría de los operadores combinan la termografía infrarroja durante los picos de carga con inspecciones periódicas de mantenimiento; los intervalos exactos varían en función de la importancia crítica de la instalación y de la política de mantenimiento de la empresa de servicios públicos local, por lo que la programación concreta debe ajustarse al programa de gestión de activos del propio operador.

¿Aumenta el riesgo de sobrecalentamiento la conexión entre los terminales de aluminio y cobre?

Sí puede ocurrir, si no se utilizan accesorios bimetálicos o compuestos antioxidantes: las interfaces entre metales diferentes son más propensas a sufrir una deriva de la resistencia de contacto a largo plazo que las conexiones entre metales del mismo tipo, lo que se agrava con los ciclos térmicos repetidos.

¿Es una intensidad nominal más alta siempre la opción más segura a la hora de especificar un pasacables?

No necesariamente desde el punto de vista del coste o la adecuación, pero especificar con un margen por encima de la carga máxima prevista —en lugar de en el mínimo calculado— suele ser el enfoque más seguro para el rendimiento térmico a largo plazo, ya que mantiene un margen de seguridad a medida que la carga aumenta a lo largo de la vida útil del transformador.