Rendimiento del aislamiento de polietileno reticulado (XLPE) resistente a la arborescencia

por M. Aarts, J. Kjellqvist, A. Mendelsohn y K. Vaterrodt

Hace más de 40 años, se introdujo el polietileno como material de aislamiento para cables de corriente eléctrica.  Sus características inherentes de rigidez, resistencia a productos químicos y humedad, flexibilidad a bajas temperaturas y excelentes propiedades eléctricas, junto con su bajo costo y fácil capacidad de procesamiento, lo han convertido en un material muy deseable para el aislamiento de cables eléctricos de bajo, medio y alto voltaje.  Los diversos y significativos avances que han tenido lugar en la tecnología de materiales han contribuido al posicionamiento mundial del polietileno como el material preferido para el aislamiento de cables.

El uso del aislamiento resistente a la arborescencia (WTR, por sus siglas en inglés) es predominante en América del Norte, en tanto que el mercado europeo se ha desviado al empleo de sistemas de homopolímeros y copolímeros.  La aplicación de este último sistema en Europa se ha visto regido por los requisitos de envejecimiento a la humedad de dos años de VDE (Verband der Elektrotechnik).  El uso de homopolímeros es más común en diseños secos, donde un diseño de cable más complejo intenta evitar el ingreso de agua en el núcleo del cable.

La norma CENELEC HD605 S1 HD 605 S1:1994/A3:2002 armonizada, “Cables eléctricos – Métodos de pruebas adicionales” ya se encuentra en vigor.  Incluye la prueba de envejecimiento de dos años en entornos húmedos y puede conducir a un enfoque más uniforme respecto del empleo de materiales de aislamiento.  El estudio actual evalúa el rendimiento de materiales de aislamiento resistentes a la arborescencia con base en los estrictos requisitos europeos de pruebas.

Se extruyeron tres cables MV, con dimensiones muy cercanas a los cables de 6/10 kV de acuerdo con la norma DIN VDE 0276-620, utilizando un dado de triple capa y se curaron en una atmósfera de nitrógeno conforme a un proceso de vulcanización continua.  Se emplearon aislamientos con resistencia a la arborescencia, homopolímeros y copolímeros.  Durante un año, los núcleos de estos cables estuvieron condicionados y expuestos a humedad en ambos lados, dentro y fuera, además de que se sometieron a pruebas de intensidad de campo de 6 – 6.7 kV/mm, análogos a cables de 20 kV de medio voltaje.  Se aplicó microscopía para identificar el desarrollo de arborescencias con el envejecimiento.  Los factores de pérdida de los cables se han medido en el rango máximo de 18 kV (3Uo) como una función de la temperatura de hasta 130° C.

La rigidez dieléctrica de corriente alterna de los núcleos vírgenes es la más alta con el material resistente a la arborescencia.  Se ha determinado que la rigidez dieléctrica del material resistente a la arborescencia muestra el mejor rendimiento después de un envejecimiento de uno y dos años.

Todas las cifras se proporcionan
en kV/mm		 Núcleos vírgenes Después de 1 año Después de 2 años
Homopolímero 57 33 30
Copolímero 57 36 39
Resistencia a la arborescencia 61 51 45

Tabla 1. Rigidez dieléctrica de corriente alterna para diferentes materiales de aislamiento después del acondicionamiento y la maduración en entornos húmedos.

En el informe se analiza el mecanismo mediante el cual la formulación con retardo a la arborescencia resiste la degradación de la descarga de corriente alterna durante el envejecimiento.  En el informe final se incluyen mediciones para los intervalos de exposición intermedios y hasta de dos años de exposición con una interpretación de las tendencias observadas.

Los datos indican también que el uso de los materiales resistentes a la arborescencia constituye una excelente opción para aprobar requisitos estrictos, después de llevar a cabo la nueva prueba CENELEC HD 605 S1 de dos años.  Los materiales resistentes a la arborescencia y los “diseños en seco” se benefician de más de 20 años de experiencia en América del Norte, con mallas de aislamiento pelables y completamente unidas.  Incluso en “diseños en seco”, puede esperarse seguridad adicional en caso de daños físicos a la estructura de retención de agua.

Si desea solicitar una copia del informe completo tal como se presentó en la Conferencia Internacional 2005 sobre Distribución Eléctrica (CIRED), oprima aquí. En caso de que requiera información adicional sobre la conferencia misma, lea el artículo Acontecimientos mundiales de la industria que se presenta a continuación.