Placa de aluminio 5083 H112 para carcasas GIS y gabinetes sellados

Por qué se utilizan gabinetes de aluminio en equipos de distribución-con aislamiento de gas

Los gabinetes de aparamenta con aislamiento de gas-son tanques metálicos soldados que contienen los conductores activos y el gas aislante a presiones muy por encima de la atmósfera. No soportan carga externa, pero deben mantener una ligera presión interna durante décadas sin fugas, resistir la corrosión atmosférica en sitios de subestaciones al aire libre y permanecer lo suficientemente livianos para el transporte y el montaje en una sola pieza.

La placa de aluminio-magnesio cumple los tres requisitos. Con una densidad de 2,66 g/cm3 frente a 7,85 g/cm3 del acero, una carcasa de aluminio es aproximadamente un 65 % más ligera que la alternativa de acero, lo que reduce la carga sobre la estructura de la subestación y simplifica la elevación. La aleación tampoco necesita pintura para uso en interiores y se comporta bien en el aire húmedo y con contenido de azufre-que se encuentra alrededor de instalaciones industriales y costeras.

Qué aporta el temperamento H112

H112 denota chapa que ha sido trabajada en caliente hasta su espesor final y, cuando sea relevante, a la que se le ha aplicado una cantidad controlada de trabajo en frío o un ligero tratamiento de revenido. El temple está deliberadamente desestabilizado en el sentido metalúrgico y su límite elástico mínimo especificado es modesto, pero esto es exactamente lo que hace que la placa sea tan útil para trabajos de cerramiento.

Debido a que la placa se entrega después del laminado en caliente en lugar de una fuerte reducción en frío, las tensiones internas son bajas, la estructura es uniforme en todo el espesor y el material sigue siendo fácil de moldear, mecanizar y soldar. Esa uniformidad es lo que mantiene plano un gran panel soldado después de soldarlo y lo que permite el mecanizado posterior de las caras de sellado sin que el panel se mueva una vez que se retira el material. La aleación 5083 contiene entre 4,0 y 4,9 % de magnesio y mantener el contenido de manganeso en la parte superior del rango de 0,40-1,0 % proporciona un endurecimiento por trabajo más consistente y una respuesta más predecible durante el conformado.

Aún se debe considerar la sensibilización. El magnesio en solución sólida es lo que proporciona resistencia a la corrosión, y si la aleación se mantiene durante largos períodos a temperatura elevada, la fase beta precipita en los límites de los granos y el material se vuelve susceptible al ataque intergranular. Por esa razón, la placa de esta familia está limitada a aproximadamente 65 grados Celsius en servicio de equipos a presión, que está cómodamente por encima de la temperatura de funcionamiento de un gabinete de aparamenta.

Especificaciones para la placa de concha

Dos de estos valores merecen un comentario. La conductividad eléctrica no es un criterio de selección en sí mismo, pero es un indicador no-destructivo conveniente de que el magnesio está genuinamente en solución sólida; una conductividad que se desplaza por encima de la banda normal indica precipitación y, por tanto, riesgo de corrosión. La rugosidad de la superficie importa más de lo que parece, porque las ranuras de sellado y las bridas mecanizadas de un compartimiento de gas son donde comienzan las rutas de fuga.

Aplicaciones en equipos de conmutación y subestaciones

Conchas selladas.La placa de 5 a 8 mm de espesor se suelda en gabinetes cilíndricos y rectangulares para equipos de alto voltaje, con material probado contra impactos a baja temperatura que se utiliza para instalaciones que deben operar a temperaturas de hasta -40 grados Celsius.

Componentes de blindaje.Los revestimientos de láminas y placas proporcionan blindaje electromagnético, con una atenuación de 60 dB o más lograda en la banda de 1 GHz donde las uniones son continuas y están correctamente unidas.

Estructuras de soporte ligeras.Los marcos, cubiertas y carcasas de barras se benefician del ahorro de peso, lo que reduce la carga total transferida a los cimientos de la subestación.

Otras tareas del tanque.Cuando un recinto también debe contener aceite o un gas distinto de un medio aislante, se utiliza la misma aleación debido a su resistencia a atmósferas húmedas y que contienen azufre-.

Unión, Hermeticidad y Verificación

Dos procesos de unión dominan la producción de cerramientos. La soldadura por fricción y agitación se utiliza para uniones longitudinales y circunferenciales largas porque funciona por debajo del punto de fusión, no produce porosidad y, en la placa 5083, ofrece una resistencia de unión superior al 90 % del material original junto con la estanqueidad al gas que necesita el recinto. La soldadura con gas inerte de tungsteno está reservada para boquillas, pequeños accesorios y reparaciones, donde la geometría no se adapta a una herramienta giratoria.

Una carcasa hermética-es el resultado de la disciplina del proceso más que de la inspección únicamente: los bordes se mecanizan y se limpian inmediatamente antes de soldar, el alambre de relleno y las herramientas se mantienen libres de contaminación de hierro, y la secuencia de soldadura se organiza de manera que la restricción esté equilibrada en ambos lados de cada costura. Después de soldar, se verifican las dimensiones del gabinete en las caras de las bridas, se prueban las fugas de helio según la tasa de aceptación establecida por el cliente y finalmente se limpia y se sella.

El diseño y las pruebas de aparamenta en gabinete-metálico-con aislamiento de gas para voltajes nominales superiores a 52 kV siguen la norma IEC 62271-203, que define los requisitos de presión, dieléctrico y fugas que debe satisfacer la carcasa. La condición del material se solicita según ASTM B209 o GB/T 3880.2, la gestión de calidad de la soldadura normalmente se certifica según ISO 3834 y los certificados de material se emiten según EN 10204 3.1 con el número de calor rastreable hasta el gabinete terminado.

Preguntas frecuentes

P: ¿Por qué se prefiere el 5083-H112 al H116 para una carcasa de tablero?
Debido a que la carcasa soporta cargas de presión y rigidez en lugar de flexión estructural, la placa H112 tiene menor tensión interna, mejor planitud después de la soldadura y un mecanizado más fácil de las caras de sellado. La resistencia a la corrosión en un recinto interior seco no es el factor limitante.

P: ¿Qué espesor se utiliza para gabinetes de alto voltaje?
El espesor de la pared es normalmente de 5 a 8 mm para compartimentos de gas grandes, elegido de modo que la carcasa pase las pruebas de presión y distorsión requeridas por IEC 62271-203 y para que las uniones soldadas puedan ejecutarse de manera confiable.

P: ¿El aluminio proporciona protección electromagnética?
Sí. Una carcasa de aluminio continua forma un blindaje eficaz y se puede lograr una atenuación de 60 dB o más en la banda de 1 GHz siempre que las uniones, juntas y entradas de cables estén unidas y el recinto sea eléctricamente continuo.

P: ¿Cómo se logra la estanqueidad al gas en la producción?
Principalmente a través del control del proceso: soldadura por fricción y agitación en las uniones largas, preparación limpia de las juntas, entrada de calor controlada y una secuencia de soldadura que limita la distorsión, seguida de pruebas de fuga de helio del compartimento completo.

P: ¿Puede el gabinete funcionar en subestaciones exteriores frías?
Sí. Para tales instalaciones se especifica una placa probada para impactos a baja temperatura a -40 grados Celsius, y la aleación conserva su dureza muy por debajo de las temperaturas que normalmente se encuentran en servicio.

P: ¿Qué documentación se suministra con la placa?
Certificados de fábrica con el número de calor y análisis químico completo, resultados de pruebas mecánicas del mismo calor, informes de inspección ultrasónica cuando sea necesario e informes de laboratorio independientes que cubren sustancias restringidas como plomo, cadmio y cromo hexavalente.