Geometría del conductor compactado.Cableado en un unico sentido (Unilay)

Conductor unilay con cableado en un único sentido o unidireccional concéntrico compactado.

Con respecto del diseño tradicional puede tener aproximadamente un 9-10% menos de diámetro que los conductores trenzados convencionales sin compactar. Esta reducción de diámetro solo se consigue con el diseño adecuado.

Este diseño, unilay, supone que el cableado es realizado en un único sentido y los alambres pasan a ocupar posiciones valle por lo que la geometría que se forma antes de compactar no es circular.

Ocupar mejor el espacio de aire intersticial permite una mayor reducción de diámetro.

Los hilos vértice de  la figura geomética son los que mas stress sufren durante la deformación por lo que también es posible plantear un diseño con dos diámetros de alambre para minimizar las roturas durante el cableado.

Esta condición de cableado en un único sentido en todas las capas del conductor, supone que se puedan utilizar, además de las cableadoras rígidas convencionales, máquinas de cableado a doble torsión ó las denominadas mono-bitorsión para las secciones superiores a 150 mm².

La posibilidad de utilizar una máquina doble torsión, proporciona un incremento de capacidad de fabricación considerable ya que se pueden alcanzar velocidades lineales del orden de 3 ó 4 veces superiores a las conseguidas mediante el cableado en una máquina rígida de cestas.

Si bien la calidad del conductor no es la óptima, se pueden conseguir acabados superficiales y grados de compactación altos cumpliendo resistencia eléctrica de norma. En cables de baja tensión es el proceso de cableado más utilizado para fabricar conductores compactados unilay.

En cables de media tensión donde el conformado exterior es muy importante para evitar problemática de espesores mínimos en semiconductor I y particularmente en cables de secciones de 240 mm² a 630 mm² se utilizan las máquinas mono-bitorisión que conforman el cable en el exterior de la máquina y mejoran el conformado del cable final.

También las cableadoras rígidas proporcionan mejor resultado ya sea a capa cruzada ó en Unilay, a costa de un mayor coste de fabricación y se utilizan para secciones superiores a 630 mm² y sobre todo en fabricación de conductor para cable de media y alta tensión.

LOS FACTORES DE RELLENO Y EL DISEÑO DE CONDUCTORES ELECTRICOS.

El factor de relleno es especialmente importante en el diseño de ciertos conductores eléctricos especialmente si se prevé que van a ir aislados por el ahorro en material plástico. 

Al disminuir los intersticios entre hilos se necesita menos material de aislamiento. Esta cantidad de material plástico se incrementa significativamente si posteriormente hay asiento de armadura, materiales de relleno y cubierta.

En el caso de los conductores aéreos, el factor de relleno tiene especial consideración en el diseño del conductor para afrontar las condiciones atmosféricas durante su vida útil especialmente resistencia al viento, generación de manguito de hielo. Etc. Los esfuerzos a los que se ve sometido el cable son mayores y condicionan el diseño y su vida útil.

Atendiendo a su capacidad de transporte eléctrico se generan efectos negativos por el llamado efecto corona que puede tener consecuencias, incluyendo pérdidas de energía. 

Aunque este factor varía en función del número de hilos , el diámetro etc., de cada conductor podemos dar como referencia algunos factores de relleno típicos en base al diseño constructivo y método de fabricación empleado que van desde el 75% al 94% ;

ALGORITMO PARA DISEÑO DE CABLES COMPACTADOS

En base a la experiencia contrastada y al apoyo de la inteligencia artificial hemos desarrollado un algoritmo que predice el resultado que se obtendrá antes de comenzar las pruebas de fabricación del primer prototipo.

Dado que la variabilidad de los procesos de fabricación es la que impide la optimización y el 

desarrollo de los productos creemos que este método puede ayudar enormemente a optimizar los

 cables existentes, reducir el coste de desarrollo y sobre todo ahorrar aluminio.

El sistema proporciona resultados fieles sobre el comportamiento del cable fabricado siguiendo 

el diseño del conductor calculado por el algoritmo.

Actualmente está en fase de desarrollo y tiene algunas limitaciones como por ejemplo que el 

conductor compactado debe estar distribuido en capas concéntricas con un alambre central.

Con la aplicación de nuestro algoritmo es posible explorar la influencia de la conductividad del 

alambrón de partida y de los alambres utilizados en el peso de aluminio necesario para cumplir 

las limitaciones de la normativa en resistencia eléctrica, diseñar cada conductor en base a la 

maquinaria de que dispone cadafabricante ó aplicar la técnica SIW (single input wire) para 

diseñar una gama específica de conductoresenvitando cambios en la trefiladora y en los cambios

de conductor del cableado posterior.

DEFINICION MATEMATICA EN EL DISEÑO DE LOS CABLES COMPACTOS

La resolución matemática del diseño de los cables compactados a día de hoy no tiene una clara solución.


Aunque hay múltiples cálculos matemáticos realizados para resolver este problema, la realidad demuestra que no es posible hacer una predicción del resultado que se obtendrá en una prueba real después de haber fabricado el conductor. Es por esto por los que los fabricantes emplean innumerables horas de trabajo en el desarrollo este tipo de conductores eléctricos.

El tiempo de desarrollo de un cable compactado optimizado puede ser muy largo, incluso años, y se emplean muchas horas de ocupación de maquinaria y de mano de obra. Si bien la selección del aluminio de partida es muy importante para “predecir” lo que se obtendrá en una prueba real de fabricación, también lo es la selección de las hileras empleadas y los parámetros de proceso de cada máquina cableadora empleada.

Mientras esto ocurre los fabricantes utilizan conductores no optimizados y se simultanea el desarrollo con la fabricación, lo que alarga el proceso de definición óptimo del diseño del cable. Dado que los conductores eléctricos se compran por longitud y no por peso se puede entregar al cliente más cantidad de materiales que el que la norma requiere. Teniendo en cuenta que, en el aluminio, depende del tipo y sección de conductor, va más del 85% del coste de producción, supone muchísimos miles de euros al año.

Como la definición matemática no es posible desde el punto de vista de la geometría del cable, la predicción del peso necesario para cumplir con la resistencia mínima de norma, esta se limita a definir la resistencia mínima para cada sección y solamente condiciona el diseño del cable al número mínimo de hilos empleados.

DESIGNACION DE LOS CABLES DE MEDIA TENSIÓN

Al igual que los cables de baja tensión, los cables de media tensión también tienen una designación según norma. Estos cables se diseñan, fabrican y ensayan de acuerdo con normas internacionales como la HD 620 y IEC 60502-2, aunque cada país establece sus propios diseños y tienen su propia normativa

 Su designación está formada por letras y números, cada uno con un significado concreto.

Esta codificación pretende identificar características del cable, como por ejemplo el material del que está fabricado o la tensión nominal.

Cable tripolar de aislamiento de XLPE con pantalla metálica individual de cinta de cobre, relleno y asiento de armadura de PVC con armadura de pletina de aluminio y cubierta exterior de POLIOLEFINA.

Las tensiones nominales de aislamiento fase-tierra/fase-fase, son 12/20 kV.

TIPOS DE CABLE DE MEDIA TENSIÓN

A parte de la formación y funcionalidad de sus componentes, diferentes normas establecen las bases para el diseño de estos conductores, existiendo una variada normativa a nivel global. Aunque el fundamento técnico de las partes integrantes los cables de media tensión son idénticas, cada país establece su propia normativa interna a cada cable.

En base a los materiales utilizados se pueden configurar de diferentes maneras en función de la aplicación final. Conductores unipolares con apantallado metálico de hilos de cobre y contra-espira , con pantalla de cinta de cobre ó protegidos mediante cintas hidrófugas contra la penetración de agua transversal. También con armadura de alambre ó de fleje de acero.

También pueden ser multipolares con cubierta común o con cubierta individual trenzados y protegidos o no contra la penetración longitudinal o transversal de agua.

FUNCION DE LA PANTALLA METALICA

El apantallado del cable MT tiene la función de evitar que el campo magnético que genera la corriente al paso por el conductor salga al exterior y pueda generar una corriente inducida con el riesgo que ello supone para las personas.

Esta pantalla metálica debe de contener el campo magnético generado y debe dimensionarse a la capacidad de transporte de cada conductor. La AMPACIDAD es la que define esta capacidad de transporte de energía y  se define como la intensidad que permite el conductor en régimen permanente estable sin superar la temperatura máxima admisible de diseño.

Esta corriente que induce el campo magnético en la pantalla necesita ser conducida a tierra para lo cual se utiliza esta pantalla metálica que puede ser de alambre ó cinta ya sea de cobre ó aluminio.

Sin pantalla las líneas de fuerza van hacia el exterior como se ve en el esquema superior

La intención es proteger a las personas y a las instalaciones de esta corriente estática.

FUNCION DE LOS SEMICONDUCTORES

Los semiconductores I y II ya hacen una primera función de apantallado sirven para mantener un campo eléctrico equipotencial en la periferia del cable.

Los semiconductores garantizan el correcto funcionamiento y la seguridad del sistema eléctrico;

Semiconductor I (Pantalla Semiconductora Interna):

Esta capa, ubicada justo debajo del aislamiento del cable, tiene aproximadamente 7 u 8 décimas de milímetro de espesor. Su objetivo principal es mejorar la distribución del campo eléctrico en la superficie del conductor. Para lograr esto, se utiliza un compuesto polimérico con alta concentración de negro de humo, lo que le otorga propiedades semiconductoras.

Al confinar el campo eléctrico en el interior del aislamiento, evita que se ionice el aire entre los hilos de la periferia del conductor cuando el cable está energizado1.

Semiconductor II (Pantalla Semiconductora Externa):

Esta capa se encuentra sobre el aislamiento del cable y su objetivo es proporcionar una superficie uniforme para aplicar la pantalla metálica o la cubierta exterior.

Al igual que la pantalla interna, ayuda a distribuir el campo eléctrico de manera eficiente y evita concentraciones de carga en la superficie del aislamiento.