Informe Técnico:

Conexión de Pantallas en Alta Tensión.

El informe técnico detalla los tipos de conexiones de pantallas en alta tensión,

explicando cuándo utilizar cada uno de ellos, así como las cajas de conexiones para

éstas.

1. Descripción General

Básicamente se pueden presentar dos tipos de conexión de pantallas:

a) Conexión rígida a tierra (Solidly Bonded)

b) Conexiones especiales a tierra:

Pantallas conectadas a tierra en un solo punto (Single Point).

Cruzamiento de pantallas (Cross bonded).

Las tensiones inducidas en las pantallas son de 65 V en todos sus casos.

2. Tipos

2.1 Conexión Rígida a Tierra (Solidly Bonded).

En este tipo de conexión, las pantallas de los cables están conectadas a tierra en

ambos extremos, formando un circuito cerrado y ligado electro-magnéticamente con

el circuito formado por los conductores (Ver figura adjunta).

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En este tipo de conexión, se inducen corrientes de circulación en las pantallas de los

cables, provocando pérdidas por calor y consecuentemente pérdidas en la intensidad

admisible del cable. Estas pérdidas, se pueden minimizar cuando los cables están

dispuestos en formación tresbolillo, sin embargo, se incrementan con la separación de

los mismos.

2.2. Conexiones especiales a tierra (Specially Bondeded).

2.2.1 Generalidades

Las conexiones especiales se han desarrollado para mantener las pérdidas generadas

por las corrientes de circulación al mínimo. Se pueden destacar las siguientes

ventajas:

Secciones de conductor más pequeñas para las mismas intensidades

admisibles.

Permiten la colocación de los cables con separación entre ellos para reducir los

efectos de calentamiento debidos a la proximidad de los mismos.

Pero también podemos destacar algunas desventajas:

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Aparecen tensiones en las pantallas de los cables que deben ser adecuadamente

aisladas.

Además, desde un punto de vista de seguridad, es importante establecer un valor

límite a estas tensiones y por lo tanto, se deben utilizar limitadores de tensión en las

pantallas (SVL, Sheath Voltaje Limiters), los cuales restringirán los valores de tensión

alcanzados, particularmente en condiciones transitorias.

Los SVL son dispositivos con características tensión-corriente fuertemente no lineal,

destinados a limitar las diferencias de potencial transitorias que, con ocasión de

sobretensiones de impulsos, atmosféricas o de maniobra, pueden aparecer entre

elementos del circuito.

Son de óxido de cinc y no deberán tener ningún efecto limitador sobre las tensiones a

frecuencia industrial originadas durante las faltas en la red. Sin embargo, deberán

conducir para las perturbaciones breves de origen atmosférico o de maniobra, que

originan tensiones muy elevadas en los extremos y los puntos de discontinuidad,

limitando estas tensiones a valores admisibles.

Las tensiones que ha de limitar son las que aparecen entre pantallas y tierra local, que

someten a esfuerzos dieléctricos a la cubierta exterior del cable y a los aisladores de

soporte de los terminales, y las que presentan entre los dos extremos de pantalla que

concurren en un mismo empalme con discontinuidad de pantalla, que deben ser

soportadas por un espesor muy reducido de material aislante en el interior de

empalme.

Las conexiones especiales son ventajosas para circuitos de alta densidad.

2.2.2. Conexión a tierra en un solo punto (Single Point).

2.2.2.1. Extremo del Circuíto (End Point Bonded)

En este tipo de conexión, las pantallas están conectadas a tierra en un extremo de la

ruta. En todos los otros puntos, las pantallas están aisladas de tierra. La pantalla que

ha sido aislada de tierra tendrá un voltaje inducido proporcional a la longitud del

circuito, a la intensidad que pase por el conductor y a la separación entre cables. Esta

tensión tendrá el valor máximo en el punto más alejado de la conexión a tierra.

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Debido a que el circuito no está cerrado, se eliminan las circulaciones de corrientes

por las pantallas.

Este tipo de conexión se utilizará para las longitudes reglamentarias, como se indica

en la tabla adjunta, para mantener la tensión inducida al valor de 65 V como máximo,

y salvaguardar la seguridad de la instalación de “tensiones por contacto”. Las

tensiones inducidas en la pantalla se calculan con el cable a la máxima intensidad

admisible.

En este tipo de conexiones es necesario colocar un cable adicional de continuidad de

tierra para las corrientes de fallo, que normalmente retornarán a través de las

pantallas del cable.

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2.2.2.2. Punto Medio del Circuíto (Mid Point Bonded).

Cuando la longitud de la ruta es demasiado larga para utilizar la conexión a tierra en

un solo extremo, se puede realizar la conexión a tierra en un punto medio del circuito.

Así, el cable está conectado a tierra en un punto medio de la ruta y aislado de tierra

mediante SVL en cada extremo. De esta manera se dobla la longitud de la ruta

respecto al apartado anterior. (Ver Tabla adjunta).

2.2.3. Cruzamiento de Pantallas (Cross Bonded)

El cross bonded consiste esencialmente en la distribución de las pantallas de cable en

secciones elementales llamadas secciones menores, y cruzando las pantallas de tal

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manera que se neutralice la totalidad del voltaje inducido en tres secciones

consecutivas.

Tres secciones menores juntas conforman una sección mayor. En un sistema de

cruzamiento de pantallas, la ruta se divide en grupos de 3 longitudes iguales (así el

sistema quedará eléctricamente equilibrado), con las pantallas puestas a tierra en los

dos extremos de cada sección mayor pero no en todos los otros puntos (Ver figura

adjunta).

De esta manera se induce una tensión entre la pantalla y tierra pero se eliminan las

corrientes inducidas. Las tres pantallas conectadas en serie están asociadas a

conductores de diferentes fases y cuando los cables están dispuestos al tresbolillo, sus

intensidades, y por lo tanto las tensiones inducidas en las pantallas, tienen la misma

magnitud pero con un desplazamiento de 120º. El resultado global es que el voltaje

inducido resultante y la corriente inducida resultante en las tres pantallas son cero.

Este tipo de conexión no requiere un cable de continuidad de tierra.

Con esta conexión de pantallas se puede incrementar considerablemente la intensidad

admisible del circuito, particularmente para conductores de sección muy grande. Este

sistema se puede aplicar a longitudes grandes. No obstante, en los puntos donde se

conecten las pantallas y esta conexión sea accesible, las tensiones inducidas no

podrán separar los 65 voltios.

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2.2.4. Combinaciones de conexiones especiales.

Cuando la longitud total del circuito no sea suficiente para realizar cruzamientos de

pantalla completos, se podrán combinar los cruzamientos de pantallas y las

conexiones a tierra en un solo punto. En estos casos se colocarán preferiblemente las

conexiones a tierra en un solo punto en el extremo o extremos del circuito, dejando el

cruzamiento de pantallas en el medio del recorrido.

No obstante, en los puntos donde se conecten las pantallas y esta conexión sea

accesible, las tensiones inducidas no podrán separar los 65 voltios.

3. Cajas de Conexión

Son envolventes que requieren un útil o una llave para abrirse, construidas para alojar

las conexiones de las pantallas, de los cables de conexión a tierra, y los limitadores de

tensión asociados cuando existan. Deberán estar identificadas en la tapa mediante el

símbolo de peligro tensión.

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Estas envolventes de conexión deben ser capaces de contener los efectos de fallo

térmico o eléctrico de alguno de los elementos alojados sin que se produzcan daños a

elementos externos vecinos.

Estas envolventes serán de acero galvanizado o de acero inoxidable y deberán estar

conectadas siempre a tierra, por medio de una conexión independiente de la puesta a

tierra de los elementos contenidos en su interior.

Las envolventes serán trifásicas y deberán estar provistas de una etiqueta que

muestre la disposición de enlace para la que van destinadas.

3.1. Cajas de Conexión Trifásicas Exterior

Estas cajas dispondrán de una tapa practicable y estarán preparadas para la fijación

sobre torres o sobre pórtico a la intemperie. Estas cajas deben permitir el aislar la

pantalla para la realización de los ensayos de cubierta. Estas cajas cumplirán con la

norma IEC 529.

3.2. Cajas de Conexión Trifásicas para ir enterradas

Estas cajas estarán preparadas para instalarse a nivel de suelo y enterradas. Deben

permitir el aislar la pantalla para la realización de los ensayos de cubierta. La tapa y

el cuerpo de la caja se cerrarán mediante tornillería inoxidable. Estas cajas cumplirán

la norma IEC 529.

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Ejemplo de Caja de Conexión Trifásica.

Ejemplo de Caja de Conexión para ir enterradas.

3.3. Caja de Conexión trifásica para cruzamiento de pantallas.

Estas cajas estarán preparadas para instalarse a nivel de suelo y enterradas. Deben

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permitir el aislar la pantalla para la realización de los ensayos de cubierta. La tapa y el

cuerpo de la caja se cerrarán mediante tornillería inoxidable

Están preparadas para la realización del cruzamiento de pantallas en su interior.

Deberán ser capaces además, de contener los efectos de un cortocircuito interno.

Cumplirán con la norma IEC529.

4. Conductor de continuidad de tierra.

En los sistemas de conexión de pantallas de un solo punto (Single Point), como

anteriormente hemos mencionado, se requiere la colocación de un conductor de

continuidad de tierras para proveer un camino de baja impedancia para las corrientes

homopolares que se pueden producir en caso de circulación por la línea de corrientes

de cortocircuito. Este conductor de tierra será de cobre, y deberá estar aislado con

aislamiento de XLPE en todo su recorrido, debiendo soportar una tensión de ensayo de

5 kV a frecuencia industrial durante 1 minuto.

4.1. Cable de Conexiones entre pantallas y Cajas de conexiones

4.1.1. Cable Unipolar

Estos cables servirán para enlazar las pantallas de los cables alta tensión con las

cajas de conexión. Se utilizarán en todos los puntos de conexión rígida a tierra. No se

utilizarán en los puntos donde halla conexiones especiales de cruzamiento de

pantallas o cross bonding.

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Este cable estará constituido por un conductor de cobre, aislamiento de XLPE y

cubierta de poliolefina. Deberán soportar una tensión de 15kV en corriente de alterna

durante un minuto.

4.1.2. Cable Concéntrico.

Estos cables se utilizarán en los puntos de empalme de cruzamiento de pantallas o

cross bonding. Las pantallas de los dos lados de empalme serán el interior y el exterior

del cable concéntrico.

Las conexiones estarán diseñadas para minimizar la longitud de este tipo de cables,

que no deberá sobrepasar 10 metros.

Este cable estará constituido por un conductor de cobre, un aislamiento de XLPE y un

conductor concéntrico de hilos de cobre de la misma sección que el conductor

principal.

Además, este cable dispondrá de un aislamiento/cubierta exterior. Deberán soportar

una tensión de 15 kV en corriente alterna durante 1 minuto, tanto el aislamiento

interior como el aislamiento exterior.

Bibliografía: Catálogo Fabricantes Pfister, NkT Cables, General Cable

Normativa Compañías Suministradoras

IEC 529, IEC 60859-1

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