Cambio tecnológico: mayor enfoque en la sostenibilidad y la innovación en el diseño de cables y conductores

El sector eléctrico está experimentando un aumento en la demanda de cables y conductores, impulsado particularmente por el crecimiento de las energías renovables. El creciente crecimiento de la energía solar ha provocado un aumento en la demanda de cables de baja y alta tensión (HV). Además, con las instalaciones de redes inteligentes ganando impulso debido al Esquema del Sector de Distribución Renovado y otros esquemas generales, la demanda de cables y conductores de alto rendimiento también ha aumentado. Una mirada más cercana a las tendencias tecnológicas recientes en este espacio.

cabos

El diseño y los materiales de los cables han evolucionado a lo largo de los años y los cables extruidos en seco reemplazan cada vez más a los aislados con papel húmedo. Ha habido un cambio visible de los sistemas de aislamiento de papel y aceite a materiales de aislamiento a base de polímeros sintéticos, polietileno (PE) y polietileno reticulado (XLPE). Se prefiere XLPE ya que permite que los cables funcionen a temperaturas más altas, lo que aumenta la capacidad de carga de corriente. También es más fácil de procesar y administrar. Las pérdidas dieléctricas se reducen y la fuerza eléctrica intrínseca de XLPE es mayor, lo cual es otra razón por la que se confía mucho en él. Anteriormente, los cables OF, que tienen aisladores de papel, se usaban para voltajes de 154 kV y superiores para la transmisión desde las centrales eléctricas a las subestaciones. Si bien todavía se usan ampliamente, están siendo reemplazados lentamente por cables XLPE.

Otra tendencia clave ha sido el uso de cables de extra alta tensión (EHV). Los cables EHV son versátiles, ya que pueden enterrarse directamente bajo tierra. También se pueden enterrar en conductos, zanjas y túneles. Se pueden usar fácilmente para transmisión a 66 kV y más. Son adecuados para los sistemas de distribución de servicios públicos de energía, industrias de gran potencia y plantas de energía solar y térmica. También son adecuados para líneas aéreas en áreas densamente pobladas. Los cables EHV continúan utilizándose en los últimos proyectos en Karnataka, Bihar, Madhya Pradesh y Maharashtra.

Además, con la creciente demanda de electrificación subterránea y submarina, los proveedores están trabajando activamente para desarrollar nuevas tecnologías con cables HV y aislamiento dieléctrico más delgado. Las tuberías llenas de fluido a alta presión, las tuberías llenas de gas a alta presión, los cables autocontenidos llenos de fluido/impregnados en masa y los cables de caucho de etileno propileno son algunas de las nuevas tecnologías que se están considerando.

También se han desarrollado varios cables nuevos para áreas de aplicación específicas. Por ejemplo, los cables solares están diseñados para adaptarse al propósito específico de evacuar la energía solar de los módulos fotovoltaicos (PV). Comprenden compuestos de varios cables aislados, envueltos por una cubierta exterior. Están diseñados para manejar alta radiación ultravioleta (UV) y altas temperaturas, y son resistentes a la intemperie. Por lo general, se instalan en el exterior o dentro de los paneles solares. Estos cables están conectados en el lado de corriente continua (CC) del sistema. Los cables que conectan módulos fotovoltaicos individuales en una cadena para formar un generador fotovoltaico se denominan cables de cadena. El cable de CC principal conecta la caja de conexiones del generador al inversor. La energía fotovoltaica está en forma de CC con bajo voltaje y alta corriente, lo que genera diferencias principales para los cables de CC. Los cables de CC que conectan los módulos, así como los que conectan la caja de conexión del generador y el inversor de energía solar, son cables de dos núcleos que consisten en un cable que transporta corriente, generalmente un cable rojo con corriente, y un cable azul negativo. Ambos están rodeados por una capa de aislamiento.

Mientras tanto, los cables reticulados de haz de electrones tienen las ventajas de una mayor vida útil, mayor resistencia a la temperatura, mayor capacidad de carga de corriente, propiedades físicas mejoradas y espesor reducido. También previenen incendios causados ​​por sobrecargas o cortocircuitos y, por lo tanto, salvan vidas y bienes valiosos. Otros beneficios incluyen una alta resistencia a medios como aceites, combustibles, ácidos y álcalis, así como a los rayos UV y al ozono. Los cables son libres de halógenos y flexibles, con peso y volumen optimizados. Se utilizan en acerías, puentes grúa eléctricos, barcos y centrales eléctricas.

Conductores

Los conductores de la nueva era, como los conductores de alta temperatura y bajo hundimiento (HTLS), los superconductores de alta temperatura (HTS), los conductores de aluminio con soporte de acero, los conductores de aluminio con núcleo compuesto, los conductores de aluminio con refuerzo compuesto y las líneas aisladas con gas (GIL) son capaces de transportar corrientes más altas y soportar temperaturas más altas con pérdidas técnicas y de calor limitadas. Si bien los HTS y GIL aún no se han implementado comercialmente en el país, las empresas de servicios públicos han tomado medidas para instalar conductores HTLS y otros conductores de alto rendimiento. En India, los conductores de aluminio reforzados con acero (ACSR) y los conductores de aleación de aluminio (AAAC) se usan comúnmente para la transmisión de energía en líneas aéreas para el sistema de transmisión y distribución.

Para los HTS, se usa una envoltura criogénica para el enfriamiento, que es una cubierta con aislamiento térmico que usa nitrógeno líquido, que rodea el cable y enfría el dispositivo. Los cables HTS son diez veces más estrechos que los cables y líneas convencionales. Gracias a estas características, las interrupciones se minimizan, la implementación aumenta y los costos se reducen. Dado que no requieren espacio entre fases, estos cables son de gran ayuda en áreas donde la adquisición de terrenos es un problema importante y las pérdidas de distribución son altas. Los cables superconductores tienen resistencia cero o casi cero, lo que evita la molestia de mantener los conductores a bajas temperaturas. Los cables HTS se pueden enterrar directamente en el suelo, eliminando la necesidad de túneles, y no requieren secado del suelo, lo que acelera la entrega del proyecto y reduce aún más los costos. También llegan más profundo que los cables convencionales.

Mientras tanto, los conductores HTLS se caracterizan por una resistencia a altas temperaturas y una mayor ampacidad que los conductores convencionales. Mientras que los conductores convencionales ACSR y AAAC están diseñados para operar continuamente a temperaturas de 85 °Celsius y 95 °Celsius respectivamente, los conductores HTLS pueden soportar temperaturas de al menos 150 °Celsius y hasta 250 °Celsius. Además, los conductores HTLS tienen un 30 % más de capacidad que los conductores convencionales, y la característica de bajo hundimiento significa que las torres pueden ser más pequeñas. Las aleaciones de aluminio dopadas con circonio también mantienen sus propiedades eléctricas y mecánicas a temperaturas elevadas, lo que hace que estos conductores sean rentables y energéticamente eficientes, con una capacidad mejorada. A 400 kV, los conductores HTLS pueden reemplazar a los conductores ACSR y AAAC de haz cuádruple, según la longitud de la línea. Los activos de transmisión existentes también pueden reconducirse con conductores HTLS cuando las estructuras o los cimientos de las líneas existentes se hayan deteriorado, o en los casos en que la línea de transmisión deba mejorarse. Sin embargo, las líneas por encima de 400 kV no necesitan ser mejoradas, porque la clasificación térmica existente ya es mucho más alta que los límites del flujo de energía relacionados con las caídas de voltaje y los cambios de fase.

Los GIL utilizan gas con alta rigidez dieléctrica como medio aislante en lugar de aire, para reducir el espacio libre eléctrico. La tecnología se está acelerando en la India como en otras naciones. Los GIL consisten en conductores de aluminio sostenidos por aisladores contenidos dentro de tubos sellados presurizados con gas nitrógeno o hexafluoruro de azufre. La principal ventaja de los GIL sobre los cables subterráneos convencionales son sus clasificaciones de voltaje más altas, con sistemas clasificados hasta 800 kV en operación a nivel mundial. Además, las terminaciones en los extremos del cable son menos complejas y menos propensas a fallar en las GIL. Además, dado que no hay capas físicas de aislamiento, la reparación y el mantenimiento de las GIL es fácil en comparación con los cables subterráneos. En la actualidad, los GIL se limitan a distancias relativamente cortas, pero la tecnología se está desarrollando para cubrir distancias más largas.

Las empresas de servicios públicos también están adoptando conductores cubiertos que garantizan una transmisión confiable de energía. Los conductores revestidos utilizan un material aislante como protección contra contactos accidentales con otros conductores revestidos o con partes puestas a tierra como ramas de árboles. Este recubrimiento es suficiente para soportar temporalmente la tensión fase-tierra. Los sistemas de conductores cubiertos utilizados en varios niveles de voltaje de distribución incluyen conductores cubiertos de polietileno de alta densidad/XLPE (revestimiento simple o múltiple), sistemas de cables aéreos y cables espaciadores. Las principales ventajas de los conductores cubiertos sobre los cables aéreos y subterráneos desnudos son una mayor seguridad y menores costos.

Conclusión

Como indican las tendencias e innovaciones tecnológicas actuales, se puede esperar un cambio importante hacia la sostenibilidad, logrado a través de innovaciones en cables y conductores. La industria de cables y alambres se enfrenta a una gran oportunidad de crecimiento a medida que las empresas de servicios públicos implementan proyectos de modernización de redes y el despliegue de energía renovable cobra impulso.