Transición de cobre a aluminio: el problema de calentamiento de terminales en cables de alimentación MT y BT

¿Qué salió mal? Acabas de descubrir el problema de la transición cobre-aluminio.

La física de los metales diferentes

El cobre y el aluminio se expanden a diferentes velocidades cuando se calientan. El cobre se expande alrededor de 17 microdeformaciones por °C. El aluminio se expande aproximadamente 23 microdeformaciones por °C. Cuando fluye corriente, el terminal se calienta. El conductor de aluminio intenta crecer más que el terminal de cobre.

A lo largo de cientos de ciclos térmicos, ese movimiento diferencial afloja la conexión. Una conexión suelta tiene mayor resistencia. Una mayor resistencia genera más calor. El ciclo se acelera hasta que el terminal se ilumina.

Por qué es peor en los cables de MT

Las conexiones de bajo voltaje a veces pueden tolerar un poco de aflojamiento. Pero Los terminales de los cables de alimentación MT y BT en circuitos de media tensión transportan corrientes más altas. Más corriente significa más calor. Más calor significa más expansión diferencial. Un terminal de voltaje medio que comienza en 0,5 miliohmios puede alcanzar 5 miliohmios después de un año de ciclo. A 200 amperios, son 200 vatios de calor, suficiente para derretir el aislamiento.

Donde otros cables lo tienen más fácil

Un cable de almacenamiento de energía dentro de un bastidor BESS podría experimentar menos ciclos térmicos porque la corriente es intermitente: carga, descarga, reposo. Un cable aéreo aislado se balancea con el viento, enfriándose constantemente y reduciendo las temperaturas máximas. Pero un cable de alimentación MV&LV en un conducto corre continuamente. El calor aumenta. El problema se agrava.

La solución

• Utilice terminales bimetálicos: aluminio en el lado del conductor y cobre en el lado del bus. Los dos metales están soldados entre sí por fricción, por lo que la expansión diferencial ocurre dentro de la orejeta, no en el tornillo terminal.

• Aplique un compuesto antioxidante (como Noalox) al conductor de aluminio antes de engarzarlo. Previene la formación de óxido de aluminio, lo que añade resistencia.

• Vuelva a apretar el terminal después de las primeras 24 horas de funcionamiento, luego nuevamente después de un mes y luego anualmente. Una llave dinamométrica configurada según las especificaciones del fabricante de las orejetas no es opcional.

• Para circuitos críticos, utilice una arandela elástica Belleville debajo de la cabeza del perno. Mantiene la fuerza de sujeción a medida que los materiales se expanden y contraen.

Costo del mundo real

Un centro de datos tenía repetidos puntos calientes en las terminaciones de cables de alimentación de MT y BT. Usaban terminales de cobre en cables de aluminio. Después de cambiar a orejetas bimetálicas e instituir un programa de reapriete, los puntos calientes desaparecieron. La solución costó $200 por terminación. El tiempo de inactividad que evitaron costó 10.000 dólares por hora.

El terminal del cable de alimentación MV&LV no tiene por qué ser un calentador. Utilice orejetas bimetálicas, agregue antioxidante y vuelva a apretar con regularidad. El cobre y el aluminio pueden convivir, sólo hay que gestionar el matrimonio.