Blog sobre Nueva tecnología mejora la detección en línea del aislamiento de cables de alta tensión

Imagine este escenario: en lo profundo de la superficie del océano, un cable de alimentación de alto voltaje, como una arteria vital, conecta continentes, suministrando electricidad a millones de hogares y empresas. Entonces, de repente, esta línea de vida crítica falla debido a impurezas microscópicas, sumiendo a las ciudades en la oscuridad y causando agitación económica. Las consecuencias son graves: reparar cables submarinos es extraordinariamente caro y requiere mucho tiempo, con pérdidas que aumentan por hora.

En este mercado competitivo, ¿cómo pueden los fabricantes de cables diferenciarse y ganarse la confianza de los clientes al tiempo que garantizan una transmisión de energía estable? La respuesta reside en un principio inflexible: la búsqueda incesante de la pureza del material aislante.

Los cables de alta tensión, particularmente los cables de media y alta tensión, funcionan como el corazón de los sistemas de distribución de energía. El material aislante sirve como su capa protectora, un componente de suma importancia. Actualmente, el polietileno reticulado (XLPE) domina como el principal material aislante para cables de media y alta tensión.

El polietileno reticulado (XLPE) es un material termoestable derivado del polietileno mediante un proceso de reticulación. Bajo alta presión y con peróxidos orgánicos, el polietileno se transforma de un termoplástico en un material elástico, lo que otorga al XLPE propiedades excepcionales que lo hacen ideal para el aislamiento de cables de alta tensión:

• Pérdida dieléctrica mínima:La baja pérdida dieléctrica del XLPE significa menos disipación de energía durante la transmisión, lo que garantiza una mayor eficiencia.
• Propiedades eléctricas superiores:La excelente resistencia eléctrica, resistencia a la corona y resistencia al arco permiten que el XLPE resista campos de alto voltaje.
• Propiedades físicas sobresalientes:La alta resistencia mecánica, resistencia al calor y resistencia a la corrosión química permiten un funcionamiento fiable en entornos hostiles.
• Deformación térmica y resistencia al envejecimiento:El XLPE mantiene un rendimiento estable incluso a temperaturas elevadas.
• Mayor capacidad de corriente:Los cables XLPE pueden transportar más corriente que las alternativas convencionales del mismo tamaño.
• Fácil instalación:Ligeros y flexibles, los cables XLPE simplifican la instalación y reducen los plazos de construcción.

Recientemente, Prysmian introdujo cables innovadores que utilizan elastómeros termoplásticos de alto rendimiento (HPTE). Si bien iguala el rendimiento del XLPE, el HPTE ofrece distintas ventajas de fabricación:

• No se requiere reticulación:Elimina los subproductos del proceso de reticulación, lo que lo hace más respetuoso con el medio ambiente.
• Reciclabilidad:Los cables HPTE se pueden reutilizar, lo que reduce los residuos.
• Ciclos de producción más cortos:Permite una respuesta más rápida a las demandas del mercado.
• Menor huella de las instalaciones:Requiere menos espacio de producción, lo que reduce los costos.
• Compatibilidad:Funciona a la perfección con los componentes de la red existentes, lo que facilita las actualizaciones de la red.

Tanto el XLPE como el HPTE sirven como el "corazón" de los cables de alta tensión, salvaguardando la fiabilidad de la transmisión de energía.

Para cables de alta y extra alta tensión, la pureza del material aislante no es negociable. Una mayor pureza se correlaciona directamente con menores riesgos de avería. Incluso una impureza metálica de 50 micras puede comprometer el producto final, lo que genera costos de seguimiento exorbitantes.

Considere un cable submarino que funciona a la perfección durante décadas, hasta que una partícula metálica microscópica desencadena descargas parciales bajo tensión eléctrica. Con el tiempo, estas descargas se intensifican, lo que culmina en una falla del aislamiento y una falla catastrófica del cable.

• Costos de reparación astronómicos:Las fallas de los cables submarinos inducidas por la contaminación pueden causar semanas de inactividad, con graves consecuencias económicas y sociales.
• Impactos en la producción en toda la industria:Los materiales contaminados o los cables defectuosos que no superan las pruebas de descarga interrumpen la eficiencia de la fabricación e inflan los costos.

Los cables de extra alta tensión se someten a rigurosas pruebas de resistencia al voltaje a 2,5 veces su voltaje nominal, un examen brutal de la integridad del aislamiento.

• Consecuencias de la avería:Las instalaciones de producción típicas experimentan de 5 a 6 averías anuales durante las pruebas, cada una de las cuales puede costar 150.000 € antes de la entrega.
• Interrupciones del programa:Las averías retrasan las entregas, creando complicaciones contractuales.
• Daño a la reputación:Las empalmes no aprobados pueden empañar la imagen de calidad de los fabricantes y activar cláusulas de penalización.

Para garantizar la fiabilidad del cable, los estándares de la industria imponen estrictos requisitos de pureza:

• Los estándares de cables de alta tensión a menudo exigen la exclusión de contaminantes que superen las 75 micras.
• Las directrices de AEIC exigen que los diseños de cables duren al menos 40 años, lo que requiere una inspección de pureza del material al 100 %; las pruebas de muestra no pueden eliminar de forma fiable todos los contaminantes.

Solo una inspección exhaustiva garantiza que cada metro cumpla con los más altos estándares de calidad.

Actualmente, los fabricantes de cables suelen utilizar filtros de malla para capturar las impurezas en las masas fundidas de XLPE y HPTE antes de que entren en los cables. Estos filtros, colocados entre la extrusora y la cabeza de reticulación, se enfrentan a desafíos operativos:

• Obstrucción:Con el tiempo, los filtros acumulan material quemado o contaminantes excesivos, lo que provoca picos de presión en la extrusora.
• Paradas de producción:Los reemplazos frecuentes de filtros requieren paradas de producción y empalmes posteriores.
• Riesgos de empalme:Los empalmes hechos manualmente representan puntos débiles críticos, especialmente en aplicaciones submarinas. Por lo tanto, los fabricantes pretenden minimizar los empalmes en cables largos.

Los filtros obstruidos reducen la productividad, lo que exige soluciones de detección y clasificación de impurezas más fiables.

Los sistemas actuales de detección de partículas sirven principalmente para el control de laboratorios o líneas de producción. La mayoría se basan en tecnología óptica para detectar contaminantes de la superficie, pero no pueden identificar las impurezas internas.

Si bien son eficaces para los defectos de la superficie en materiales transparentes o translúcidos, las técnicas ópticas no pueden penetrar las partículas para detectar la contaminación interna.

La capacidad de penetración de la tecnología de rayos X permite la detección de defectos internos. A medida que los rayos X atraviesan los materiales, su atenuación varía con la densidad, el grosor y la composición atómica, lo que permite una identificación precisa de las impurezas.

Los sistemas de detección modernos combinan tecnologías de rayos X y ópticas para una garantía de calidad en línea al 100 %. El software de procesamiento de imágenes identifica, clasifica y elimina automáticamente los contaminantes tan pequeños como 50 micras.

El XLPE consta principalmente de carbono (6 protones), mientras que los contaminantes comunes de acero contienen hierro (26 protones). Esta diferencia de 20 protones crea un marcado contraste de rayos X, lo que permite una detección precisa de metales.

La tecnología de cámara avanzada y los sistemas de iluminación capturan el flujo de material a velocidades industriales. Los potentes algoritmos identifican entonces los defectos de la superficie que superan los umbrales predefinidos.

Este doble enfoque detecta contaminantes internos y de superficie, incluidos:

• Rayos X: Metales, contaminantes orgánicos e inhomogeneidades (por ejemplo, TiO2) en materiales transparentes, coloreados o semiconductores
• Óptico: Defectos de la superficie como puntos negros, partículas extrañas y materiales diferentes

Instalados entre las tolvas de suministro (que contienen octabins, bolsas o silos) y las tolvas de la extrusora, estos sistemas purifican los materiales por gravedad antes de que comience la extrusión.

Más allá de los sistemas en línea, las soluciones modulares ofrecen detección y análisis fuera de línea para gránulos, escamas y cintas, ideales para menores rendimientos, muestreo o inspección de materiales entrantes.

• Detección en línea:Eliminación de impurezas a granel en tiempo real durante la producción
• Detección fuera de línea:Evaluación de la calidad de la muestra

Los sistemas implementan sensores de rayos X u ópticos según las necesidades de la aplicación, detectando contaminantes superiores a 50 micras durante la producción o el muestreo.

El equipo de laboratorio de rayos X puede analizar 3.000 gránulos (200 ml) en segundos, destacando ópticamente los contaminantes para facilitar su eliminación, perfecto para el refinamiento de la calidad.

Los principales fabricantes combinan sistemas en línea y fuera de línea para una optimización integral del proceso:

• En línea:Eliminación rápida de impurezas a granel
• Fuera de línea:Análisis detallado de los contaminantes eliminados

Esta interacción permite el rastreo de la fuente de contaminación a través de la creación de una base de datos, lo que evita futuros problemas de calidad.

Este examen subraya la importancia crítica de la pureza del XLPE y el HPTE para el aislamiento de cables de media y alta tensión. Los sistemas modernos de control de calidad detectan y eliminan los contaminantes antes de la extrusión, ya sea que se originen en las materias primas o se introduzcan durante la manipulación.

Incluso con los filtros tradicionales, esta tecnología evita la obstrucción al eliminar los gránulos contaminados, lo que extiende las tiradas de producción al tiempo que garantiza la seguridad. La combinación de rayos X/óptica garantiza un control de calidad del 100 % al detectar defectos internos y de superficie.

El análisis fuera de línea de los contaminantes eliminados mejora aún más los procesos de producción a través del control de la pureza y el análisis preventivo.

• Base de calidad:Los materiales de alta pureza permiten cables con un aislamiento superior y una fiabilidad a largo plazo
• Rentabilidad:Elimina las costosas fallas en las pruebas de descarga y aumenta la eficiencia de la línea de producción
• Diferenciación en el mercado:La entrega de cables de alta calidad y alta fiabilidad genera confianza en el cliente y una ventaja competitiva

En el mundo de alto riesgo de la transmisión de energía submarina, la pureza no es solo una especificación, es el diferenciador definitivo.