Poryoyo shiLa selección de los pasacables de baja tensión determina la fiabilidad con la que un transformador de distribución transfiere la corriente desde sus devanados secundarios internos a los circuitos externos de baja tensión, y la estabilidad térmica es el parámetro que influye más directamente en la vida útil de los pasacables bajo una carga sostenida. Un pasamuros de baja tensión funciona de forma continua en un rango de corriente de entre 600 A y 5000 A aproximadamente, o incluso superior, dependiendo de la potencia nominal del transformador en kVA, y cada amperio de corriente generada produce un calentamiento I²R en la interfaz entre el conductor y el aislamiento. A diferencia de lo que ocurre en un fallo momentáneo, este calentamiento es constante durante el funcionamiento normal, por lo que el material aislante debe soportar un aumento de temperatura en estado estacionario sin ablandarse, agrietarse ni perder su rigidez dieléctrica a lo largo de años de servicio.
La estabilidad térmica describe la capacidad del sistema de aislamiento de un casquillo para mantener sus propiedades mecánicas y eléctricas tras ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. Un transformador sometido a variaciones diarias de carga —elevada durante las horas de máxima demanda y más ligera durante la noche— somete al buje a ciclos térmicos continuos, en lugar de a una única temperatura fija. Un aislamiento con escasa estabilidad térmica tiende a desarrollar microfisuras o deformaciones dimensionales tras ciclos repetidos, lo que puede comprometer el sellado en la interfaz con la pared del depósito y permitir la entrada de humedad con el paso del tiempo.
La generación de calor no es uniforme en toda la pasamuros. El vástago del conductor y los puntos de conexión de los terminales son los que alcanzan temperaturas más elevadas, ya que son las zonas con mayor densidad de corriente. Los datos de puesta en servicio sobre el terreno de pasamuros secundarios con tensiones nominales de entre 1,2 kV y 3,0 kV suelen mostrar un aumento de la temperatura en la zona de los terminales de entre 30 °C y 55 °C por encima de la temperatura ambiente bajo una carga continua nominal, dependiendo de la ventilación, la calidad del apriete de los terminales y la sección transversal del conductor.
El cuerpo aislante —HTN, resina porosa o porcelana— actúa tanto como barrera eléctrica como vía de disipación del calor. Un material con baja conductividad térmica retiene el calor cerca del conductor, lo que acelera el envejecimiento; uno con una mala compatibilidad en cuanto a la expansión térmica conlleva el riesgo de que se produzcan grietas por tensión durante los ciclos térmicos. La selección del material y el rendimiento en cuanto a estabilidad térmica son la misma decisión de ingeniería vista desde dos perspectivas diferentes.
Para consultar las categorías de accesorios que abarcan tanto las interfaces de transformadores como las de cables, véase la sección de ZeeyiElec accesorios para transformadores y accesorios para cables catálogos.
Hay tres sistemas de aislamiento que predominan en la fabricación de pasamuros de baja tensión, cada uno con un perfil térmico específico que determina su idoneidad para una aplicación concreta.
El HTN es un termoplástico reforzado con fibra de vidrio que suele clasificarse en una clase térmica de 130 °C (clase B) o superior, lo que le confiere una gran resistencia a la fatiga por ciclos térmicos. Su coeficiente de expansión térmica (CTE) se acerca más al del cobre que al de la porcelana, lo que reduce el riesgo de fisuración por tensión durante los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento.
La tecnología HTN se suele utilizar en transformadores compactos montados sobre plataforma con una alta densidad de terminales y un flujo de aire de refrigeración limitado, en los que la resistencia a los ciclos de funcionamiento es más importante que la masa mecánica bruta.
Los casquillos de resina porosa están fabricados con un cuerpo de epoxi o poliéster relleno, lo que les confiere una rigidez dieléctrica de entre 15 kV/mm y 20 kV/mm aproximadamente, dependiendo del contenido de relleno y de la calidad del curado. La resina soporta bien los ciclos moderados, pero es más sensible que el HTN a la exposición prolongada a temperaturas superiores a su clase térmica nominal.
La resina se adapta mejor a curvas de carga más estables —suministros industriales o de servicios públicos con una demanda diaria predecible— que a aplicaciones con picos diarios pronunciados.
La porcelana sigue siendo el referente en cuanto a robustez mecánica y estabilidad térmica ante el calor prolongado, ya que no se ablanda ni se deforma como pueden hacerlo los polímeros tras décadas de uso.
Su CTE más bajo en comparación con el conductor hace que la calidad del par de apriete de los terminales sea aún más importante: los terminales de porcelana con un par de apriete insuficiente son una fuente desproporcionada de puntos calientes localizados, que en ocasiones pueden provocar un aumento adicional de hasta 15 °C con respecto a una conexión con el par de apriete adecuado.
A continuación se presenta la clasificación térmica de estos materiales IEC 60085 (Aislamiento eléctrico. Evaluación térmica y designación), que define los límites de las clases térmicas (clase B a 130 °C, clase F a 155 °C, clase H a 180 °C, etc.) y los criterios para asignarlas a los materiales y sistemas aislantes.
[Perspectiva del experto]
- La compatibilidad del CTE de HTN con el cobre lo convierte en la opción predeterminada para unidades montadas en base con un elevado número de ciclos.
- La resina porosa es adecuada para cargas industriales constantes, pero no para fluctuaciones diarias bruscas.
- El mayor riesgo de la porcelana en la práctica clínica es la pérdida terminal de par, no el material en sí mismo.
Para proyectos en los que se evalúen opciones de casquillos secundarios, consulta la página de ZeeyiElec Serie de pasamuros de baja tensión.
La comparación de los tres materiales en función de los parámetros de estabilidad térmica permite determinar cuál se adapta mejor a un perfil de carga determinado; las cifras exactas deben contrastarse con las fichas técnicas de los fabricantes.
| Parámetro | HTA | Resina porosa | Porcelana |
|---|---|---|---|
| Clase térmica | ≥130 °C (Clase B) | 105–130 °C | Sin clase térmica definida (inorgánico) |
| Aumento típico de la temperatura a carga nominal | Entre 30 y 45 °C por encima de la temperatura ambiente | Entre 35 y 50 °C por encima de la temperatura ambiente | Entre 35 y 55 °C por encima de la temperatura ambiente |
| Rigidez dieléctrica | 18–25 kV/mm | 15-20 kV/mm | 10–15 kV/mm (a través del espesor de la pared) |
| Tolerancia al ciclo térmico | Alto | Moderado | Elevado (desde el punto de vista mecánico), sensible a la pérdida de par |
| Correlación entre el CTE y el cobre | Cerrar | Moderado | Deficiente: requiere un par de apriete final estable |
Estas cifras se basan en un funcionamiento continuo a corriente nominal en una caja ventilada; las fuertes oscilaciones diarias de la carga ejercen una tensión cíclica adicional sobre la unión entre el aislamiento y el conductor, independientemente del material. La adaptación del coeficiente de expansión térmica (CTE) de HTN reduce, por lo general, el riesgo de microfisuras a lo largo de miles de ciclos.
La porcelana resiste bien la formación de trazas en la superficie, pero esto depende totalmente de la calidad de la instalación: un terminal suelto concentra el calor y, con el tiempo, erosiona la superficie de cualquier material. La resina y el HTN dependen en mayor medida de la composición del relleno para resistir la formación de trazas bajo la acción combinada del calor y la contaminación.
Las pruebas de resistencia térmica para estas clases suelen seguir las IEC 60216 serie (Materiales aislantes eléctricos — Propiedades de resistencia térmica), que define la metodología de ensayo basada en el modelo de Arrhenius utilizada para determinar el índice térmico de un material y su vida útil prevista a una temperatura de funcionamiento determinada.
Ver el de ZeeyiElec Guía completa para la selección de accesorios para transformadores para comprobar los parámetros relacionados.
La selección de los materiales debe basarse en el ciclo de trabajo real del transformador, y no solo en la corriente nominal indicada en la placa de características: dos transformadores con la misma corriente nominal pueden sufrir tensiones térmicas muy diferentes en función de las variaciones de carga.
Una carga industrial constante que funciona cerca de la capacidad nominal durante más de 20 horas al día se beneficia de un rendimiento térmico sólido y sostenido frente a la resistencia a los ciclos; la resina porosa funciona adecuadamente si el aumento de temperatura se mantiene dentro de su rango de 105 °C a 130 °C. Una carga variable en redes de distribución comerciales o residenciales, que oscila diariamente entre el 40% y el 100% de la capacidad nominal, se beneficia de la mayor coincidencia del CTE de HTN, lo que proporciona una mejor estabilidad térmica ante los ciclos de trabajo.
Entre 600 A y 1500 A, los tres materiales suelen funcionar dentro de unos márgenes térmicos aceptables. Por encima de unos 2500 A hasta 5000 A, la concentración de calor en el terminal se vuelve más sensible a la calidad del material y de la conexión, lo que convierte la verificación del par de apriete del terminal en el factor de fiabilidad más importante.
La porcelana sigue siendo la opción elegida cuando la estabilidad dimensional a largo plazo prima sobre la facilidad de instalación: en zonas con temperaturas ambientales elevadas o en instalaciones que requieren un mantenimiento limitado, donde la fluencia de los polímeros o la degradación por los rayos UV a lo largo de una vida útil de entre 20 y 30 años supone una mayor preocupación que el peso adicional.
Los valores térmicos de laboratorio se basan en condiciones de referencia estándar; las instalaciones reales sobre el terreno rara vez se ajustan exactamente a ellas. La altitud, la temperatura ambiente y la ventilación de la caja modifican el margen térmico disponible para un pasacables de baja tensión.
Las instalaciones situadas a una altitud de entre 1000 m y 1500 m, aproximadamente, suelen requerir una reducción de la intensidad de la corriente, ya que la menor densidad del aire disminuye la eficiencia de la refrigeración. Las temperaturas ambientales sostenidas por encima de los 40 °C —habituales en algunas zonas de Oriente Medio y el sur de Asia— reducen el margen térmico incluso sin que se produzca un cambio en la carga.
Las cajas montadas sobre base con ventilación deficiente pueden aumentar entre 10 °C y 20 °C el aumento de temperatura en la zona de los terminales en comparación con un armario bien ventilado, lo que reduce el margen de seguridad de los materiales que ya se encuentran cerca del límite de su clase térmica.
La contaminación costera e industrial, unida al aumento de la temperatura, acelera el riesgo de propagación en cualquier material; por lo tanto, el calor y la contaminación deben evaluarse conjuntamente, no por separado.
[Perspectiva del experto]
- Aplica un margen de reducción por altitud por encima de los 1000-1500 m, aunque no se indique en la placa de características.
- La ventilación del recinto puede hacer que la temperatura en el terminal varíe entre 10 y 20 °C.
- Considerar la contaminación y el calor como un riesgo combinado en emplazamientos costeros e industriales
La estabilidad térmica incorporada en el material solo se mantiene si la instalación se adapta a ella. El par de apriete de los terminales es la variable más controlable: las conexiones con un par de apriete insuficiente suelen provocar puntos calientes de entre 15 °C y 25 °C por encima de un terminal apretado correctamente.
Compruebe que las superficies de los conductores no presenten signos de oxidación antes de montar los terminales y verifique que el par de apriete se ajuste al rango especificado por el fabricante —normalmente entre 20 N·m y 45 N·m para los terminales estándar de baja tensión, dependiendo del tamaño del perno—.
Comprueba que la junta de la pared del depósito esté bien comprimida antes de cerrar la cubierta; una junta defectuosa compromete la protección térmica y contra la humedad, independientemente de la calidad del material aislante.
Una inspección térmica realizada durante las primeras semanas tras la puesta en servicio, bajo una carga representativa, permite detectar defectos de conexión antes de que provoquen daños en el aislamiento; este paso ha permitido identificar en repetidas ocasiones problemas de par de apriete o de contacto que una inspección visual por sí sola no habría detectado.
Si está seleccionando pasamuros de baja tensión para un nuevo proyecto —comparando los de HTN, resina o porcelana en función de su perfil de carga y las condiciones del emplazamiento—, el equipo técnico de ZeeyiElec puede analizar los datos de la placa de características y el entorno para recomendarle la configuración más adecuada. Contacto ZeeyiElec para recibir asistencia en la selección técnica y en la respuesta a las solicitudes de presupuesto.
Cuando un casquillo de baja tensión falla prematuramente, la causa suele deberse a que el material seleccionado no cumple los requisitos de estabilidad térmica exigidos por las condiciones reales de funcionamiento.
La decoloración en la unión entre el terminal y el conductor en instalaciones con temperaturas ambientales elevadas, en las que la resina se encuentra cerca de su límite máximo de clase térmica, suele indicar que el margen térmico se agotó de forma gradual, y no a causa de un único fallo.
Los primeros indicios de deterioro en zonas costeras o con contaminación industrial rara vez se deben a un defecto puro del material; con mayor frecuencia, apuntan a una desproporción entre la distancia de fuga y la gravedad de la contaminación, agravada por el calor prolongado.
Las microfisuras que aparecen cerca de la zona de empotramiento del conductor tras ciclos repetidos, especialmente en los puntos en los que el coeficiente de expansión térmica (CTE) difiere del del conductor, se diferencian de las fisuras relacionadas con la instalación, que aparecen durante el primer ciclo de puesta en servicio.
Si los fallos se concentran en determinadas zonas ambientales en lugar de en lotes de fabricación, este patrón apunta a una incompatibilidad entre el material y el entorno, y la respuesta adecuada suele ser la revisión de las especificaciones; véase el artículo de ZeeyiElec sobre flujo de trabajo de diagnóstico de fallos de campo para adoptar un enfoque estructurado.
La porcelana suele ser la opción preferida en entornos con temperaturas elevadas prolongadas debido a su estabilidad dimensional a largo plazo, aunque el HTN puede ofrecer un buen rendimiento si la ventilación es adecuada y el margen de la clase térmica no se agota por completo debido al calor ambiental.
La porcelana suele ofrecer una mayor vida útil mecánica en entornos exteriores adversos gracias a su resistencia a los rayos UV y a la fluencia, mientras que el HTN presenta un rendimiento similar en climas moderados, por lo que la elección depende del grado de exposición del emplazamiento.
Las instalaciones situadas a una altitud de entre 1.000 y 1.500 metros, aproximadamente, suelen requerir un ajuste de reducción de la potencia nominal, ya que la menor densidad del aire reduce la eficiencia de refrigeración, aunque el ajuste exacto depende de la altitud del emplazamiento y del diseño de la carcasa.
Un material inadecuado rara vez provoca directamente un fallo en el transformador, pero el sobrecalentamiento prolongado o la formación de trazas en la interfaz pueden provocar, con el tiempo, un deterioro de las conexiones.
Un terminal con un par de apriete insuficiente suele aparecer como un punto caliente localizado en las imágenes térmicas, a menudo entre 15 y 25 °C por encima de los terminales circundantes, y debe volver a apretarse según las especificaciones lo antes posible.
La resina porosa puede soportar variaciones moderadas de carga, pero ante fuertes oscilaciones diarias de la corriente, la expansión térmica de la HTN, más similar a la del cobre, ofrece una mayor resistencia a los ciclos de carga y descarga.
Las inspecciones con cámara termográfica suelen realizarse poco después de la puesta en servicio y, posteriormente, en intervalos de mantenimiento periódicos, aumentando la frecuencia en el caso de cargas de alta criticidad o entornos contaminados.
English English
한국어
العربية
Español
हिन्दी
தமிழ்
Deutsch (Sie)
Français
Português do Brasil
Русский