Análisis del desempeño de cables comerciales de medio voltaje semiaislados con polietileno de cadena entrecruzada

Abstract

RESUMEN: La Comisión Federal de Electricidad observó una conducta inadecuada ante la caída de rayos, de algunas líneas de media tensión colocadas al sur de la Ciudad de México. Para tratar de determinar la causa de estas conductas, en el presente trabajo se realizaron pruebas de plano inclinado en régimen de CA a muestras de aislante utilizado en cables semiaislados cuyo material de fabricación del aislante es el polietileno de cadena entrecruzada (XLPE). Las pruebas del plano inclinado estuvieron basadas en dos diferentes normas: británica BS EN 50397-1:2006 y la norma brasileña ABNT NBR 10296:2014. Los procedimientos en ambas normas son similares. La diferencia es que en la norma británica se utilizan muestras de cable y en la norma brasileña se utilizan muestras rectangulares planas. La intención de realizar estas pruebas es comparar el desempeño del material aislante considerando las diferencias existentes entre las muestras de distintos fabricantes. Adicionalmente se realizaron las siguientes pruebas de Espectroscopía de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FTIR), Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopía de Energía Dispersa (EDS) y de Espectroscopía Raman. Estas pruebas se hicieron buscando conocer la composición química tanto de la matriz como de los rellenos empleados en las muestras planas y los cables y compararlas. En todas las muestras, tanto planas como cables, se encontró que el material de la matriz es únicamente polietileno de cadena entrecruzada. En ambos tipos de muestras (excepto en las muestras planas blancas) se encontró como relleno negro de humo, el cual es un subproducto de la combustión de combustibles minerales, compuestos casi en su mayoría por carbono. Además, en el relleno de los cables se encontraton trazas de elementos como silicio, aluminio, potasio, calcio, sodio y titanio. En la Espectroscopía Raman se encontraron diversas partículas y aglomerados incrustados en la matriz polimérica de los cables de dos fabricantes, lo que sugiere una pobre dispersión del relleno. El espectro obtenido de esas partículas y aglomerados sugiere la presencia de grafito, lo que podría favorecer descargas parciales a través del aislante y ser una de las causas del mal desempeño de los cables en la prueba de plano inclinado. ABSTRACT: In some medium tension electric lines located at the south of Mexico City, the Comisión Federal de Electricidad observed an inadequate behavior whem some lightning hit the insulation of cable. To determine the cause of such behavior in this work, inclined-plane tests were carried out on crosslinked polyethylene specimens on an AC regime, according two different standards: British standard BS EN 50397-1:2006 and the Brazilian standard ABNT NBR 10296:2014. These two were selected for their similarities in the procedure. The difference between these two test is that the Brazilian standard uses flat slat-like specimens while British standard uses actual pieces of cable. The main propose of performing these tests is to compare the performance of the specimens given their clear differences. Additionally, the following test were performed on both types of samples: Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR), X-Ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and Raman Spectroscopy. The tests were performed. These goal for these tests was to find the chemical composition of both, the matrix and the fillers used on the specimens. The firts thing that came up is that the matrix of all the specimens is the same, crosslinked polyenthylene. It was foun that all the samplescontained carbon black as the filler (except for the flat White samples). Carbon black is a by-product of the combustión of mineral fuels, nada up almost entirely by amorphous carbón, and it was found it contains tracesof other elements like silicon, aluminum, potassium, calcium, sodium and titanium. In the Raman Spectroscopy test, several particles and clusters were found embedded in the polymer matrix of two the cable manufacturers, wich suggest that the dispersión of the filler material across the matrix is deficient. The Raman spectrum of the particles and clusters suggests that graphite was present, representing a factor that could easilu cause partial discharges throughout the insulation cover and therefore cause the poor performance of the cables in the inclined-plane test.