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Tecnología de Equipos a prueba de Explosión

TERMINACIÓN DE CABLES DE "ESTÁNDAR BRITÁNICO" PARA 
EQUIPO ELÉCTRICO

Terminación de Cables

Introducción
Cables y flexibles de conformidad con los Estándares Británicos
Prensa estopas en concordancia con BS 6121
Constitución de las Prensa estopas
Entradas de cable en cubiertas de "seguridad aumentada"
Entradas de cable en envolturas  "antideflagrantes"
Diseños especiales - accesorios
Conclusión

 

 

 

 

Por K. Kienzle

Introducción

El carácter cada vez más internacional de la industria eléctrica y los procesos de armonización hace que los usuarios, empresas de ingeniería y fabricantes de equipo eléctrico puedan verse ahora frente a la necesidad, tal vez más que en el pasado, de combinar una variedad de técnicas de instalación, en cierta medida poco conocidas. El principal medio de interconexión de equipos de formato europeo en la actualidad es el cable; penetrando en el equipo a través de una Prensa estopa para paso de cables. Este componente en apariencia simple merece una consideración exhaustiva cuando se ha de combinar con equipos de diversas fuentes en una instalación. Los cables blindados en metal (cable armado), basados en los métodos orientados hacia el formato británico, son ampliamente utilizados, especialmente en aquellas áreas donde han tenido y tienen influencias las técnicas de ingeniería británicas. La conexión de tales cables a equipos originarios de países donde predominan diversos métodos puede requerir el uso de prensa estopas especiales para paso de cables o técnicas particulares con el fin de evitar problemas.

 

Cables y flexibles de conformidad con los Estándares Británicos

El diseño de las prensaestopas para paso de cables está determinado por la construcción y filosofía de los cables para los cuales serán usados. La base para la fabricación de cables con aislamiento de plástico de acuerdo con el Estándar Británico es la BS 6346, "Especificación para Cables con Aislamiento de PCV para Alimentación Eléctrica". El mencionado estándar se aplica a los cables y cordones flexibles blindados y no blindados con aislamiento de PCV para voltajes nominales de 600/1000 V o 1900/3300 V y técnicamente equivale al IEC 228. El presente artículo no hará referencia a los cables del tipo no blindado ya que ellos no generan problemas particulares cuando se conectan a un equipo general de formato europeo. Por otra parte, los cables blindados de metal revisten de la mayor importancia debido a que deben observarse factores de significación en su utilización. En este sentido, consideremos la función del blindaje: el blindaje metálico ayuda a la protección del cable contra daños mecánicos y a la seguridad eléctrica, ya que el blindaje forma parte integral del sistema de continuidad a tierra para la instalación. Por ello, el blindaje debe estar conectado eléctricamente de manera individual y bajo seguridad a cualquier cubierta metálica o red de conexión a tierra de cualquier componente de un equipo en el que termina.

 

Figura 1: Tipos de armadura para cables con aislamiento plástico

En la práctica, se usa una variedad de tipos de blindajes (figura 1). Para lograr la clase seguridad descrita anteriormente de conexión mecánica y eléctrica, en cada caso se requiere un tipo de prensa estopa de cable especialmente acoplado.

 

Prensa estopas en concordancia con BS 6121

Los principios básicos de las Prensa estopas en cables blindados de metal fueron descritos en la introducción, sin embargo, es adecuado repetir la definición exacta que se indica en BS 6121:

"Prensa estopa o prensa cable: Un dispositivo diseñado para adherir y asegurar el extremo de un cable al equipo por medios apropiados para el tipo y descripción de cable para el cual se diseñó, incluyendo la medida para realizar la conexión eléctrica al blindaje o trenzado o cubierta de plomo o aluminio del cable, si la tuviera".

A fin de cumplir el requerimiento de conductividad eléctrica, tales prensa estopas deben estar elaborados de metal, preferiblemente de bronce. Para el blindaje de aluminio, la Prensa estopa también debe ser de Aluminio o alguna de sus aleaciones debido a que el Bronce y el Aluminio son incompatibles. De este modo, el contacto de los dos metales puede llevar a la formación de corrosión en esa unión. Por ese motivo, se deben tomar medidas contra la corrosión cuando se ajustan prensa estopas de Bronce en cubiertas de aluminio. En ciertas aplicaciones, por ejemplo en atmósferas cargadas de Amonio, es necesario fabricar prensa estopas de acero o hierro colado. Esto es posible, pero en los casos generales ello se evitará por razones económicas. Desde el punto de vista de la construcción de la prensa estopa, los instaladores del sistema tienen que tomar en cuenta tres factores importantes (figura 2):
1. La forma y tamaño de la rosca de entrada
2. Los anillos de sellado que hacen contacto con las cubiertas interior y exterior del cable
3. la sujeción del blindaje (tipo y ubicación de la abrazadera).

 


Figura 2: Principios de construcción de prensaestopas (BS6121)

El tamaño de una prensa estopa para un uso particular se determinará por los diámetros de la cubierta del cable. En este respecto, la presión, la tolerancia y reacción del cable son factores importantes para los anillos de sellado de Neopreno si se busca lograr una característica hermética ante el polvo y la humedad en los puntos de sellado. El sellado de las cubiertas interior y exterior queda a criterio del instalador. El sellado doble garantiza una óptima protección pero aumenta considerablemente los costos (ver también las observaciones relacionadas con las prensa estopas que son "Antideflagrantes" en la sección 6). Para completar adecuadamente el sellado de la entrada del cable, la entrada con rosca de la prensa estopa también debe estar provisto de un anillo de sellado de modo que todo el montaje ofrezca un grado elevado de protección. Se puede lograr protección adicional por medio de la aplicación de una chaqueta de PVC o Neopreno sobre la instalación acabada (figura 3)

 

Figura 3: Cubierta de PVC para Prensaestopa

Este recubrimiento adicional proporciona una protección efectiva para los componentes roscados de la prensa estopa y para la unión entre el extremo de la misma y la cubierta del cable. Es de especial importancia para instalaciones al aire libre donde los cables corren en dirección descendente hasta los equipos, ya que protegen el ensamble de los efectos corrosivos de atmósferas agresivas.

 

Tipo de prensa estopa

Grado de protección IP

Rosca de entrada

Manga de PVC

A2, D1W, E1W, E2W, E1X, A2F, D1FW, E2FW, E2FX

IP 54

IP 65

IP 55

IP 65

CW, CX 

IP 54

IP 56

IP 56

IP 56

B 384/324/368/350/327/347/323/367

IP 54

IP 55

IP 55

IP 55

Adaptador

IP 54

-

-

-

    Tabla 1

Después que se ha determinado la calidad de la protección requerida contra el polvo y la humedad, se debe escoger el método de asegurar el blindaje. En este punto, los fabricantes suministran rangos de tolerancias que deben cumplirse cuidadosamente si se busca garantizar la función de continuidad eléctrica del blindaje. El tamaño de la rosca de entrada se determina, en principio, por el diámetro externo del cable y ello debe indicarse en la solicitud de equipos. Además, el tipo de rosca es opcional y, al igual que el tamaño, tiene que acoplarse al equipo en cuestión. Para los fabricantes británicos de Prensa estopas, las roscas ISO métricas con separación de 1,5 mm son estándar, pero en general hay disponibles (ver tabla 2) las roscas, Imperial (roscas de tubos Whitworth o eléctricas británicas), o NPT ahusadas ("national pipe threads", roscas de tubo nacional). Para aplicaciones "industriales" la longitud de la rosca es 10 mm para los diámetros de rosca de hasta 32 mm, 16 mm para los tamaños 40 y 50, y 19 mm para los tamaños 63 y 75. Para prensa estopas "antideflagrantes" para cubiertas con protección contra explosiones Ex d, la longitud de la rosca es 15 mm en todo el rango.

Posible rosca de entrada

Rosca Métrica

Imperial

NPT

Tamaño de la
prensa estopa

(Pulgadas)

(Pulgadas)

16

M16 x 1,5

5/8”

½”

20s
20

M20 x1,5

¾”

25s
25

M25 x 1,5

1”

¾”

32
40

M32 x 1,5
M40 x 1,5

1 ¼”
1 ½”

1” 
1 ¼”

50s
50

M50 x 1,5

2”

1 ½”
2”

63s
63

M63 x 1,5

2 ½”

2”
2 ¼”

75s
75

M75 x 1,5

3”

3” 

Tabla 2: Roscas de entrada para prensaestopas

Algunas veces no es posible seleccionar un Prensa estopa de una variedad en un catálogo estándar de un fabricante que se ajuste a un cable en particular. No todos los cables se adhieren a los requerimientos de BS 6346 y/o las tolerancias en las dimensiones del cable o la construcción total del cable puede no ser apropiada. Sin embargo, el principio integral sobre el cual se elaboran las prensa estopas permite al fabricante ajustar los segmentos individuales a los requerimientos de un cable en particular, de modo que ninguno de los cables provoque realmente problemas técnicos insolubles. No obstante, para esto se requiere de un alto grado de flexibilidad por parte del fabricante.

 

Constitución de las Prensa estopas

Para lograr la flexibilidad descrita anteriormente, junto con la producción racionalizada y el mínimo capital social apropiado, el fabricante de Prensa estopas debe desarrollar un concepto que le permita ensamblar una variedad de ellas a partir una serie de elementos básicos. Esto se logra con el método de módulos o de bloques constituyentes (figura 4)

.


Figura 4: Prensaestopas variables utilizando la técnica de "bloques" basados en los mismos elementos básicos

Los componentes del No. 1 al 4 son idénticos para prensa estopas D1 W y F1 W; también el método de sujetar el blindaje es el mismo. Para sellar la cubierta externa en el casquillo tipo E1 W, el manguito con rosca, componente No. 5, debe llevar una rosca externa en su extremo exterior de modo que el sello de la cubierta externa pueda atornillarse. Este ejemplo muestra cómo se pueden ensamblar los segmentos individuales de manera relativamente sencilla para ajustarse a una construcción especial de cable o desviaciones en las dimensiones.
Las siguientes ilustraciones deben servir para explicar diversos diseños de Prensa estopas.

Figura 5: Prensa Estopa serie CW

Prensa estopa serie CW
Los Prensa estopas de la serie CW se utilizan exclusivamente para sujetar los cables conductores de blindaje con la función de aliviar la tensión mecánica sobre los conductores del cable y de asegurar la conexión eléctrica a la cubierta protectora. Proporcionando un sello en la cubierta exterior del cable.

Figura 6: Prensa estopa serie D1W

Prensa estopa serie D1W
En las prensa estopas de la serie D1W, cumple una función inversa la CW - es decir, la cubierta interna del cable está sellada. En la parte exterior, el blindaje carece de protección.

Figura 7: Prensa estopa serie E1W

Prensa estopa serie E1W
Las prensa estopas de la serie E1W combinan las características de las series CW y D1W, por lo que las cubiertas de cables externas e internas están selladas.
Las ilustraciones 5 a 8 resumen de este modo el montaje de Prensa estopa con el aumento por etapas de la función de sellado. Estas posibilidades son disponibles para todos los tipos de blindaje con cables de constitución similar. Sin embargo, para completar el tratamiento del tema se necesitan presentar otros tres ejemplos para una compresión plena de la filosofía de los Prensa estopas.

Figura 8: Prensa estopa serie E2W

Prensa estopa serie E2W
Los casquillos de la serie E2W están diseñados para la terminación de cables blindados monoconductores con cubierta de plomo, en los cuales se sella la cubierta de plomo mediante un anillo de Neopreno y simultáneamente un disco metálico garantiza la continuidad eléctrica entre el conductor y el cuerpo de la caja.

Figura 9: Prensa estopa serie E1X

Prensa estopa serie E1X
Este montaje está concebido para cables flexibles con blindaje de conductores trenzados, en los cuales los filamentos son mucho más finos que el convencional conductor individual. En otros aspectos, la construcción es idéntica a la de la serie E1W (figura 7).

Figura 10: Prensa estopa serie A4

Prensa estopa serie A4
Las prensa estopas A4 están diseñadas para la terminación de cables con blindaje de cinta de acero. Se logra la continuidad a tierra por medio de un anillo interno de plomo, que está colocado bajo presión sobre la cinta de acero de modo que se obtiene una conexión eléctrica confiable con este cable especialmente difícil de instalar.
La Tabla 3, que se muestra a continuación, enumera las referencias para los tipos de prensa estopas como lo establecen las normativas de BS 6121. Junto con las descripciones presentadas anteriormente, la tabla resulta fácilmente comprensible.

 

Tipo de cable
Sellos/Armadura

Sin armadura

Armado

 

Tipo

Cinta de acero interna

De alambre

Trenzado

Cinta de aluminio

Capa externa

A1/A2

A3

-

-

-

Armadura + sello interno 

-

-

D1W

-

-

Armadura + cápsula principal interna

-

-

D2W

-

-

Armadura + sello externo 

-

-

CW

CX

CY

Armadura + sello externo
 e interno

-

-

E1W

E1X

E1Y

Armadura + sello externo
e interno + cápsula principal

-

-

E2W

E2X

E2Y

Suplemento para Ex d
Prensaestopas antideflagrante

 

                                                     F

Tabla 3: Prensa estopas (BS 6121)

Además de las Prensa estopas en aplicaciones comunes en la industria como se indicó anteriormente, se necesitan diseños y técnicas especiales de instalación para áreas de alto riesgo en las que pueden generarse atmósferas potencialmente explosivas.

 

Entradas de cable en cubiertas con el tipo de protección de "seguridad aumentada"

El concepto de "seguridad aumentada" requiere que se tomen medidas en la construcción del equipo con el objetivo de eliminar completamente la posibilidad de incrementos de temperatura por encima de los límites permitidos o la formación de chispas o arcos dentro o en la superficie de equipo eléctrico. Se utiliza preferiblemente este tipo de protección para cajas de unión o de terminales, aparatos de iluminación y motores pero también se elaboran con este diseño las cámaras terminales de todo equipo a prueba de explosiones fabricado en concordancia con las técnicas convencionales de instalación europeas. Las entradas de cable en tales cubiertas que, principalmente, poseen un grado de protección IP 54, pueden realizarse de modo satisfactorio con prensaestopas de compresión industrial estándar, aunque los del tipo de plástico moldeado deben resistir la prueba de impacto 7 Nm. Esta resistencia al impacto no presenta dudas con casquillos elaborados de metal y el grado de protección será asimismo proporcionado por cualquier prensaestopa que sea sellada sobre la cubierta interna o externa del cable (ver también tabla 1). Si el grado de protección tiene que ser mayor, por ejemplo IP 65, entonces se debe sellar la rosca de entrada (figura 11)

Figura 11: Prensa estopa con anillo sellante y entrada roscada

Cuando los cables con blindaje de metal tienen terminación dentro de cajas de metal, se garantiza el mantenimiento de la continuidad eléctrica. No obstante, cuando se emplean cajas de plástico moldeado, la adecuada continuidad de las conexiones eléctricas del sistema interno de conexión a tierra y el de los otros aparatos y cajas interconectados puede presentar problemas con los cables armados. (En las técnicas tradicionales europeas de instalación, en la que se utilizan cables sin blindaje de alta resistencia, los cables contienen un conductor separado para la continuidad de tierra que termina en el borne de tierra o busbar dentro de la caja, evitando así este problema). Los operadores no desean pasar por alto las ventajas de las cajas de plástico moldeado, especialmente en sitios de alto riesgo, y el problema ha sido resuelto de diversas formas. En el tipo de cajas con tapas laterales, la tapa lateral de plástico puede ser reemplazada por una tapa lateral de metal, de modo que la prensa estopa puede ser atornillada en una entrada roscada preparada. La figura 12 muestra este método.

Figura 12: Arrancador de motor en caja plástica con pestaña metálica.

Si la solución de la tapa lateral de metal parece resultar poco económica o es imposible de lograr con cajas totalmente moldeadas, una placa de Bronce dentro de la tapa lateral o la pared de la caja, a través de la cual pasa la parte roscada de la prensa estopa y se sujeta mediante una contratuerca, desempeña la misma función. La contratuerca proporciona un área de contacto adecuado entre la prensa estopa y la placa de Bronce. Se logra mayor continuidad, para el sistema interno de conexión a tierra de uno o más cajas del montaje, por medio de conductores PE, conectados a través de terminales. La figura 13 ilustra este sistema.

 

Figura 13: Prensa estopas en bronce para cajas plásticas.

 

Entradas de cable en envolturas con protección Ex d "antideflagrantes"

Se definen las envolturas "antideflagrantes" como aquellas en las cuales una posible explosión de una mezcla de gas/aire dentro de la envoltura no provocará la ignición de una atmósfera explosiva circundante. Esto significa que cualquier ruta posible para el gas que conduzca del interior al exterior debe tener "brechas antideflagrantes" que eviten el paso de llamas o gases calientes. Si un cable entra directamente en una sección antideflagrante de la cubierta, el instalador debe asegurarse de que se cumpla la definición anteriormente especificada cuando se culmine la instalación. Este requerimiento implica una gran responsabilidad para el planificador del sistema, con respecto a la selección del cable y los accesorios de terminación, y para el instalador en cuanto a la calidad del trabajo. En la selección de la terminación de cables, además de los parámetros descritos con anterioridad, resulta de primera importancia que el sello interno de Neopreno esté cuidadosamente ajustado a la cubierta interna del cable, ya que este sello debe garantizar el nivel de protección antideflagrante (Figura 14).

 

Figura 14: Prensa estopa antideflagrante serie E1FK

La calidad del material del sello debe cumplir altos requerimientos en términos de, por ejemplo, el envejecimiento y resistencia de temperatura, propiedades del sellado ante el polvo y la humedad, al igual que cumplir una prueba de presión a 10 bares en intervalos específicos de pruebas. No obstante, de manera fundamental la construcción de prensa estopas antideflagrantes no difiere del diseño industrial estándar pero el primero debe llevar una identificación que indique cumplimiento de las regulaciones.
Un diseño especial de prensa estopas protegidos con Ex d lo constituye la serie E1FW-Protex. En este diseño, en lugar de una cubierta interna, los alambres conductores están sellados en forma individual con una masilla de dos partes (figura 15).

 

Figura 15: Entrada de cables antideflagrante serie E1FW-PROTEX

En esta serie, se debe eliminar la cubierta exterior, además de cualquier relleno entre los conductores. Se deben limpiar los núcleos con un solvente adecuado de manera que la masilla logre una adhesión efectiva y permita lograr un sellado confiable de la cámara Ex d. Este método de instalación de cables es tedioso pero necesario si la calidad de la cubierta externa no resulta suficiente para cumplir los requerimientos de la unión antideflagrante. Además, es el método utilizado en países como Estados Unidos, donde el diseño de los cables multiconductores no se adapta al sistema de prensa estopas. La entrada directa de cables y conductores en cámaras antideflagrantes, con el uso de los accesorios adecuados, es un método de terminación autorizado de acuerdo con el Estándar Europeo EN 50 014 y el Código Eléctrico Nacional en USA. Debe recordarse, y se debe entender, que algunos países, entre ellos la República Federal de Alemania, donde este método de instalación era anteriormente desconocido, han convertido en un requerimiento dentro de sus regulaciones de instalación, que dichas terminaciones deben ser inspeccionadas y aprobadas por un experto autorizado. Sin embargo, el tema ha quedado en cierta forma postergado hasta que se haya obtenido suficiente experiencia con esta técnica y de esta manera el requerimiento no constituye una discriminación en de este método de instalación.

 

Diseños especiales - accesorios

 

Entrada de cable, aislada de cubiertas metálicas

Se pueden producir corrientes inducidas en el blindaje de cables monoconductores. En esos casos, es necesario aislar las prensa estopas de las envolturas, debido a que se debe asumir que la envoltura está conectada a tierra a través de su marco de montura. Con frecuencia también se recomiendan las prensa estopas aisladas cuando se tiene que evitar que las corrientes de fuga a tierra circulen a través o lo largo de paneles de distribución. En estos casos, las corrientes de fuga son desviadas a través de un terminal de tierra en la prensa estopa.

Figura 16: Prensa estopa aislada de la caja

Igualmente, en la tecnología de control de procesos y circuitos electrónicos con bajos niveles de voltaje, el blindaje de los conductores y el recubrimiento de los cables deben estar aislados del sistema de continuidad de tierra, ya que de otra forma, las corrientes de fuga o de falla pueden causar interferencia en estos circuitos.

Prensa estopas con anillos adicionales de conexión a tierra

Por medio de un anillo adicional de conexión a tierra, como el que se ilustra en la figura 18, el cual se coloca por deslizamiento sobre la rosca de entrada, se puede efectuar una mejor conexión a tierra con la caja utilizando un conductor con soldadura.

 

Figura 17: Anillo de aterramiento

La ilustración 19 muestra una prensa estopa con un anillo de conexión a tierra, integrado y especialmente desarrollado, que permite una conexión complemente satisfactoria en condiciones de falla. Debido a que este anillo de conexión a tierra es un componente integral de la rosca de la prensa estopa y hace contacto directo con el blindaje, se obtiene una menor resistencia de transferencia del blindaje a tierra.
Estas prensa estopas especiales son necesarias cuando el sistema está protegido por un interruptor de circuito o m.c.b.s. Si la protección contra cortocircuitos se obtiene mediante fusibles, la prensa estopa convencional con un simple anillo de conexión a tierra desempeñará apropiadamente la función. En el caso de una falla de fase a tierra, el blindaje del cable lleva toda la corriente de cortocircuito. Para corrientes de cortocircuito elevadas (aproximadamente sobre 30 kA) es completamente indispensable que la conexión blindaje/tierra pueda llevar la corriente de falla por un período de un segundo con el fin de garantizar el adecuado funcionamiento del interruptor del circuito de protección.

 

Figura 18: Prensa estopa especial con anillo de aterramiento integral

 

Conclusión

La terminación de cables en concordancia con los Estándares y métodos Británicos es una técnica que, al igual que otras, ha sido desarrollada y ha demostrado su eficiencia durante muchas décadas. Por el creciente carácter internacional de los proyectos, se combinan equipos de diversas procedencias y técnicas de diseño y tienen que integrarse en sistemas que funcionen de manera segura y confiable. El conocimiento del uso y las filosofías de técnicas de instalación anteriormente desconocidas, a las cuales el presente trabajo debe contribuir, es así de cada vez mayor importancia.

 

 


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