New generation of cable screw connectors for electrical power engineering systems

Nueva generación de uniones atornilladas de cables para sistemas eléctricos de potencia

El artículo presenta un análisis de materiales para una nueva generación de conectores atornillados para cables con pernos de cizallamiento diseñados no sólo para cables de 1ª y 2ª clase, sino también para conductores de aluminio y cobre de 5ª clase que no se han soportado anteriormente. Se ha determinado el conjunto de propiedades del aluminio de la serie 6xxx designado para la producción de conectores de tornillo. Se ha llevado a cabo una simulación por el método de los elementos finitos (MEF) del cizallamiento controlado del perno en el cuerpo del conector roscado. También se ha llevado a cabo la repetibilidad del cizallamiento del perno en las condiciones reales con el fin de verificar los prototipos de la nueva generación de conectores de tornillo para cables.

INTRODUCCIÓN

Los conectores de cables utilizados en los sistemas eléctricos de potencia deben garantizar una conexión fiable y eficaz tanto eléctrica como mecánicamente. Entre los conectores disponibles en el mercado [1-2] se utilizan principalmente conectores de tornillo con pernos de cizallamiento, sin embargo, tienen algunas desventajas y problemas de funcionamiento. Estos problemas se deben al diseño y a los materiales utilizados tanto para el tornillo como para el cuerpo del conector. Todos estos factores combinados dieron lugar a la búsqueda de una nueva generación de conectores de cable para líneas eléctricas. La idea para la nueva solución [3-5] (Figura 1) es el cizallamiento del perno uniformemente en el cuerpo del conector después de que el perno (con par de apriete Md ) apriete el cable con la fuerza F1 adecuada independientemente del tipo de cable. Este concepto es posible gracias al uso de un perno tubular (1 en la figura 1) con un espesor de pared decreciente a lo largo del cono y fuerzas de tracción axial autogeneradas F2 entre el cuerpo del conector y la cabeza del perno. Las fuerzas de tracción axial F2 se generan con discos especiales (2 en la figura 1) colocados en el orificio axial del perno (1 en la figura 1). El sistema de conexión presentado en la figura 1 se está desarrollando para toda una gama de cables de alimentación, tanto de cobre como de aluminio, de las clases 1, 2 y 5, con una gama completa de secciones de 10 a 1.000 mm².

El perno con geometría específica y materiales elegidos adecuadamente para el sistema de presión (1-3 en la figura 1) debe garantizar un corte controlable del perno de manera uniforme a nivel del cuerpo, evitando al mismo tiempo la formación de bordes afilados. Estos bordes son muy a menudo la razón de corte de aislamiento térmico o frío que se colocan en el cuerpo de los conectores o incluso puede causar el efecto de electrodo causando una descarga parcial en el agujero del cuerpo.