La evolución de las terminaciones de cables GIS: de la innovación rellena de fluido a la de tipo seco.

La conexión entre los cables de alta tensión y los interruptores con aislamiento de gas (GIS) ha experimentado una notable transformación en las últimas cinco décadas. Lo que comenzó como instalaciones voluminosas y llenas de aceite que requerían un extenso trabajo in situ, ha evolucionado hacia sistemas compactos, secos y enchufables, más rápidos, seguros y fiables que nunca. Este artículo describe la evolución de las terminaciones de cables GIS, desde sus orígenes con fluido hasta las tecnologías secas de vanguardia actuales.

1. Los primeros tiempos: Terminaciones llenas de líquido

Antes de que se desarrollaran las terminaciones compactas de tipo seco enchufables, las conexiones de transformadores y aparamenta se realizaban con terminaciones aisladas con aire o rellenas de aceite.A finales de la década de 1970, se fabricaron los primeros accesorios con compartimentos para cables que contenían terminaciones de transformadores o GIS rellenas de aceite con conos de tensión premoldeados..

Las terminaciones tradicionales rellenas de fluido estaban compuestas por un aislante de soporte (porcelana o material compuesto) relleno de aceite o SF₆, con un cono de tensión de caucho premoldeado que se deslizaba sobre el cable preparado.El volumen entre el cable con su cono de tensión y el aislante de soporte se llenó con un fluido dieléctrico como aceite o SF₆.Este diseño tenía una trayectoria muy larga y exitosa, pero también presentaba inconvenientes importantes..

2. Los desafíos de los diseños llenos de fluidos

Si bien las terminaciones con relleno de líquido fueron efectivas, presentaron varios desafíos persistentes:

Instalación compleja in situ
El compartimento del cable GIS tuvo que abrirse en el lugar de instalación, y el instalador de cables de alta tensión montó el aislante de epoxi e insertó el cable con el cono de tensión y el conector montados. Posteriormente, se evacuó el aislante y se llenó con aceite.Para las conexiones de transformadores, el procedimiento era aún más exigente: era necesario bombear el aceite del transformador fuera del compartimento de cables y volver a llenarlo..

Riesgos de fugas
La presencia de fluido requería un sellado muy cuidadoso de la terminación para evitar cualquier fuga que pudiera provocar una avería eléctrica.El punto más crítico era la interfaz entre el cable y la placa base de terminación, donde el sistema de sellado tenía que adaptarse a varios tamaños de cable.Este riesgo potencial de fugas requería inspecciones periódicas para comprobar el nivel de aceite o la presión del gas..

Riesgos para la seguridad
En caso de un arco interno, las terminaciones rellenas de fluido, especialmente las rellenas de aceite, podrían producir daños graves a los equipos circundantes y suponer riesgos para el personal.El sellado del sistema debía ser perfecto para evitar fugas y garantizar un buen rendimiento durante toda la vida útil del producto..

Requisitos de espacio
A pesar de estos desafíos, la gran ventaja de estas conexiones internas era la instalación aislada y protegida que podía ubicarse en edificios en lugar de al aire libre, aunque esto conllevaba una enorme demanda de espacio..

3. El cambio hacia el XLPE y el aislamiento sólido

Un punto de inflexión importante se produjo con la evolución de los materiales de aislamiento de cables. En las últimas décadas, el material de aislamiento de cables predominante pasó del papel impregnado y el aceite al polietileno reticulado (XLPE).Además, el material aislante de los accesorios de cable cambió a materiales sólidos como elastómeros aislantes como el caucho de silicona (SIR)..

Esta transición alteró fundamentalmente las posibilidades de diseño para las terminaciones de cables. Con los cables con aislamiento de polímero, los factores que impulsaban el uso de aceite ya no existían.La industria comenzó a explorar alternativas sin fluidos que pudieran eliminar los riesgos asociados con el aislamiento líquido.

4. El auge de las terminaciones en seco

Los extremos de sellado sin fluido, también llamados terminaciones secas, se introdujeron más recientemente en sistemas de alta tensión, pero ahora se utilizan ampliamente para la terminación de cables extruidos..

Principales ventajas de la tecnología en seco:

• Eliminación de riesgos de fugas

• Menor riesgo de explosión en caso de arco interno.

• No es necesario comprobar periódicamente el nivel de líquido.

• Diseño más ligero y compacto

Los extremos de sellado en seco se han utilizado durante muchos años para terminaciones GIS hasta el nivel de tensión extra alta (550 kV), y dichos diseños ahora son comúnmente aceptados y tienden a convertirse cada vez más en el estándar para este tipo de aplicaciones.Para aplicaciones en interiores, como conexiones GIS o de transformadores, los sistemas secos se están convirtiendo en el estándar, ya que sus ventajas superan claramente a las del sistema tradicional lleno de fluido..

5. La revolución de los dispositivos enchufables

Una de las innovaciones más significativas en la tecnología de terminación de cables GIS ha sido el desarrollo desistemas de terminación enchufables en secoLos sistemas de terminación compactos de tipo enchufable en seco están disponibles desde 1966 para la conexión de transformadores, cajas de empalme y aparamenta con aislamiento de gas..

¿Qué hace que el diseño plug-in sea revolucionario?

Preensamblaje en fábrica
El aislante epoxi (buje) viene preinstalado por el fabricante del GIS en la fábrica.Esto garantiza una instalación perfecta y elimina el riesgo de contaminación en el compartimento SIG..

Instalación simplificada en el lugar
El buje del equipo viene preinstalado de fábrica según las normas IEC para sistemas de tipo seco.En el lugar de instalación, el instalador de cables simplemente prepara el extremo del cable y conecta la parte enchufable, que contiene el cono de tensión y el conector del conductor..

Tiempo de instalación reducido
Los tiempos de montaje se reducen considerablemente en comparación con las terminaciones convencionales, ya que el sistema prescinde por completo de materiales aislantes líquidos.La capacidad de conexión permite desconectar el cable de forma rápida y sencilla del componente del sistema en caso de avería..

Diseño compacto
Los sistemas enchufables ofrecen una longitud de instalación considerablemente reducida en un 50 % en comparación con el diseño convencional.Como estos sistemas funcionan sobre materiales aislantes sólidos, se puede lograr cualquier disposición espacial deseada: son posibles disposiciones horizontales, verticales e incluso angulares desde arriba o desde abajo..

Alta fiabilidad
El uso de componentes prefabricados y probados proporciona un alto nivel de seguridad y fiabilidad, al tiempo que se minimizan los errores de montaje.Más de 2.000 de estos sistemas enchufables se utilizan en todo el mundo en redes de cable de hasta 145 kV..

6. Cono interior frente a cono exterior: dos estándares de interfaz

A medida que la tecnología de enchufes secos maduró, surgieron dos diseños generales diferentes:"cono-internoddhhh y "cono-exteriorddhhhsistemasLos sistemas de sellado tradicionales llenos de fluido han sido eliminados y reemplazados por una interfaz de caucho/epoxi bajo presión mecánica..

Sistema de cono interno:
El cono de tensión se ajusta dentro del aislante de epoxi, creando una interfaz compacta y blindada. Este diseño se utiliza ampliamente en aplicaciones GIS y suele estandarizarse para rangos de media tensión..

Sistema de cono exterior:
El cono de tensión se ajusta al exterior del aislante de epoxi, ofreciendo diferentes características mecánicas y de instalación. Ambos sistemas tienen sus defensores, y los fabricantes siguen desarrollando variantes para diferentes clases de tensión y aplicaciones..

7. El papel de las normas: De la IEC 60859 a la IEC 62271-209

La evolución de las terminaciones de cables GIS ha ido acompañada del desarrollo de normas internacionales que definen las interfaces, las dimensiones y los requisitos de ensayo.

IEC 60859 (1986):La primera versión de esta norma se publicó en 1986.Cubría las conexiones de cables para aparamenta eléctrica con aislamiento de gas y envolvente metálica, donde las terminaciones de los cables estaban llenas de fluido..

IEC TS 60859 (1999):Esta versión se amplió para abarcar tanto las terminaciones rellenas de líquido como las de tipo seco..

IEC 62271-209 (2007, 2019):La norma actual cubre el ensamblaje de conexión de cables extruidos y rellenos de fluido a GIS, donde las terminaciones del cable son de tipo seco o rellenos de fluido.Especifica las interfaces entre la terminación y el cuadro de distribución, garantizando que los componentes de diferentes fabricantes sean intercambiables..

CIGRE TB 784 (2019):Este folleto técnico proporciona directrices de diseño estándar para una interfaz común de conexión enchufable en seco para cables GIS y de alimentación de hasta 145 kV..

8. Tecnología de secado madura actual

Los diseños en seco son actualmente diseños maduros y predominantes para terminaciones de cables para conexión a GIS y transformadores de hasta 550 kV.Para las terminaciones de cables que se conectan a GIS y transformadores, el mercado predominante ahora es la tecnología seca..

El diseño estándar de terminación enchufable se ha ampliado a niveles de tensión de hasta 245 kV y secciones transversales de cable de hasta 1600 mm².Más recientemente, se ha introducido la tecnología de conexión enchufable para terminaciones exteriores de muy alta tensión hasta tensiones nominales de 550 kV..

Principales ventajas de las terminaciones modernas de tipo seco para SIG:

• Sin líquidos: eliminando riesgos de fugas e inspecciones periódicas.

• Tiempo de instalación reducido: menor trabajo en obra.

• Diseño compacto: ahorra valioso espacio en la subestación.

• Preensamblaje en fábrica: garantiza la calidad y reduce el riesgo de contaminación.

• Flexibilidad espacial: cualquier orientación es posible

9. La próxima frontera: soluciones sostenibles y libres de SF₆

La evolución de las terminaciones de cables GIS continúa con un nuevo enfoque en la sostenibilidad ambiental. El gas SF₆, si bien es un excelente aislante, es un potente gas de efecto invernadero. La industria está desarrollando diseños GIS libres de SF₆ con terminaciones de tipo seco..

Novedades recientes:

• En 2023, Nexans logró la primera prueba de tipo eléctrico del mundo para terminaciones de cables de 525 kV CC sin SF₆..

• Al eliminar el uso de gas SF₆, las terminaciones de cables pueden reducir sus emisiones potenciales de gases de efecto invernadero en un 99 % o más..

• Actualmente se están diseñando e implementando subestaciones GIS de 420 kV sin SF₆ con terminaciones enchufables de tipo seco..

• Los fabricantes están desarrollando terminaciones compatibles con gases alternativos, como mezclas a base de fluoronitrilo y aire limpio con interrupción de vacío..

La evolución de las terminaciones de cables GIS refleja la evolución general de la ingeniería eléctrica: desde los diseños llenos de fluido y laboriosos de la década de 1970 hasta los sistemas secos y enchufables actuales, ensamblados en fábrica, instalados en campo en cuestión de horas y diseñados para décadas de servicio sin mantenimiento.La tecnología se ha guiado por un conjunto coherente de objetivos: eliminar los riesgos de fugas, reducir el tiempo de instalación, ahorrar espacio y mejorar la fiabilidad..

A medida que la industria avanza hacia soluciones libres de SF₆ y niveles de voltaje aún más altos, la evolución continúa. El concepto de terminación enchufable en seco, que alguna vez fue revolucionario, se ha convertido en el nuevo estándar, un testimonio del poder de la innovación para hacer que nuestra infraestructura eléctrica sea más segura, más confiable y más sostenible.Desde los primeros sistemas enchufables de 1966 hasta las terminaciones secas de 550 kV actuales, los accesorios para cables GIS han recorrido un largo camino, y aún queda mucho por hacer.