Conectores de compresión frente a conectores mecánicos: ¿cuál ofrece la conexión más fiable?

Los circuitos de distribución eléctrica suelen terminar en un terminal. La fiabilidad de esa conexión depende de su capacidad para resistir el aflojamiento tras años de ciclos térmicos, vibraciones y tensiones mecánicas. Los ingenieros eligen entre dos métodos de terminación consolidados: la compresión y el método mecánico. Ambos cumplen los requisitos de las normas y los códigos aplicables, pero cada uno de ellos logra una conexión segura mediante un mecanismo físico diferente que influye en el rendimiento a largo plazo.

En este artículo se explica en qué se diferencian la compresión y las conexiones mecánicas en la interfaz entre el conductor y el terminal. En él se aborda cómo el método de instalación influye en la uniformidad de la conexión final y qué consideraciones relativas a la fiabilidad a largo plazo se derivan de cada enfoque. Asimismo, presenta el sistema de terminales de compresión con código de colores de ABB, una gama de terminales de cobre y aluminio. El sistema abarca calibres de cable que van desde los más finos hasta cables de alimentación de 500 kcmil.

En qué se diferencian la compresión y las uniones mecánicas en la junta

Los terminales de compresión se fijan mediante una herramienta hidráulica o manual. La herramienta utiliza un troquel hexagonal o con muescas que ejerce una elevada fuerza radial sobre el cuerpo del terminal una vez insertado el conductor. Este proceso, a su vez, deforma el cilindro y el conductor al mismo tiempo. Antes de la compresión, la sección transversal del conductor está compuesta aproximadamente por un 75% de metal y un 25% de aire. Tras la compresión, la sección transversal alcanza prácticamente el 100% de metal, sin prácticamente ningún espacio de aire. La figura 1 muestra este cambio en la sección transversal, comparando el relleno de los hilos del conductor antes y después de la compresión.

Figura 1: Comparación de secciones transversales que muestra el relleno de los hilos conductores antes y después de la compresión, lo que ilustra la reducción del espacio de aire en la unión. (Fuente de la imagen: ABB)

Los conectores mecánicos adoptan un enfoque diferente. Esta categoría incluye los tipos de pernos partidos y tornillos de fijación. Un perno o un tornillo sujeta el conductor contra el cuerpo del conector y la conexión depende de esa fuerza de sujeción. Los ciclos térmicos repetidos provocan que el conductor y el cuerpo del conector se expandan y se contraigan a ritmos diferentes. Esto puede reducir gradualmente la fuerza de sujeción en la unión.

Una unión por compresión no depende de una fuerza de sujeción constante para seguir siendo conductora. El motivo es que la unión por deformación en frío no se basa en la fricción entre piezas separadas. Por otra parte, los conectores mecánicos siguen siendo una opción práctica para aquellas conexiones que puedan tener que volver a abrirse con fines de mantenimiento o reconfiguración. En la figura 2 se muestran los conectores de perno partido, un ejemplo habitual de este tipo de conector.

Figura 2: Conectores mecánicos de perno partido, un tipo de conector muy habitual que se utiliza para las conexiones de cobre a cobre. (Fuente de la imagen: ABB)

Los ciclos térmicos afectan a la unión atornillada entre un terminal y una barra colectora. En el caso de instalaciones de aluminio de alta resistencia, el aumento de temperatura puede superar los 30 grados centígrados por encima de la temperatura ambiente. En estos casos, se recomienda utilizar una arandela elástica tipo Belleville sobre una arandela plana más grande, situada debajo de la cabeza del perno o de la tuerca. Esto es aplicable cuando se atornillan terminales de aluminio a barras colectoras con herrajes de acero o latón. La arandela Belleville mantiene una presión constante en la unión atornillada a medida que los metales del conector se expanden y se contraen con los cambios de temperatura.

Ambos métodos de terminación están diseñados para cumplir con las normas de seguridad eléctrica reconocidas cuando se instalan de acuerdo con las especificaciones del fabricante. El rendimiento eléctrico de la unión por compresión depende del tamaño de la superficie de contacto. La compresión circunferencial crea una zona de contacto amplia y de alta presión entre el cable y el conector. Esto garantiza una alta conductividad y una baja resistencia en la unión. Además, los terminales están estañados, lo que mejora la conductividad y evita la corrosión.

Los terminales con código de colores que se describen en este artículo están certificados para 600 V y se recomienda su uso hasta 35 kV. Las instalaciones de más de 16 kV requieren una revisión con el fabricante del cable para determinar los requisitos de alivio de tensión y de aislamiento. Los terminales cumplen con la norma UL 486A y la norma CSA C22.2 n.º 65. Los valores de resistencia a la tracción se someten a ensayos para comprobar que superan los requisitos de UL.

Verificación de la coherencia y la calidad de la instalación

La fiabilidad de una unión por compresión depende de que el instalador realice un ciclo completo de compresión con la matriz adecuada. Las herramientas de compresión de ABB para el sistema codificado por colores utilizan un mecanismo conocido como "Shure-Stake". El mecanismo no soltará el conector hasta que el instalador haya completado la carrera de compresión en su totalidad. Por lo tanto, se descarta la posibilidad de que exista una articulación parcialmente comprimida o con una compresión insuficiente, lo que, de otro modo, podría pasar desapercibido. La figura 3 muestra una herramienta de compresión con código por colores, alimentada por batería, colocada sobre un conector durante el ciclo de compresión.

Figura 3: Una herramienta de compresión con código de colores, alimentada por batería, colocada sobre un conector durante el ciclo de compresión. (Fuente de la imagen: ABB)

Cada oreja, identificada por un color, lleva un código de matriz y una banda codificada por colores. Ambos se refieren al calibre del alambre y al troquel necesario para comprimirlo. Muchas configuraciones incluyen además una mirilla, que permite al instalador comprobar visualmente que el conductor se encuentra colocado a la profundidad máxima de inserción antes de proceder a su compresión.

Algunas conexiones requieren más de un engaste. En estos casos, el primer engarzado se realiza más cerca de la lengüeta, avanzando hacia el extremo del cilindro. Tanto el código del troquel como la banda de color siguen siendo visibles en la unión terminada. Esto permite al inspector comprobar sobre el terreno que se ha utilizado la combinación correcta de matriz y conector, sin necesidad de recurrir a equipos de prueba. La figura 4 muestra la secuencia de engarzado junto con estas marcas de verificación en una conexión terminada.

Figura 4: Secuencia de engaste junto a las bandas de color y el número de código del troquel en relieve en un engaste terminado, que se utiliza como guía para la instalación y para la verificación sobre el terreno. (Fuente de la imagen: ABB)

Opciones de terminales de compresión con código de colores para instalaciones de cobre y aluminio

La línea de terminales de compresión codificada por color es apta para conductores de cobre y aluminio. Los terminales abarcan una amplia gama de tamaños de cable, configuraciones de orificios y longitudes de cuerpo, y casi todos cuentan con la certificación UL y una tensión nominal recomendada de 35 kV. Los cuatro números de referencia siguientes ilustran la línea disponible de terminaciones para la distribución de energía.

54105, terminal cilíndrico estándar de un orificio, de cobre:

El modelo 54105 es un terminal de cobre cilíndrico estándar de un solo orificio, diseñado para cable de calibre 6 AWG y un perno de 1/4 de pulgada. Representa la configuración básica para conductores de alimentación y de conexión a tierra de menor calibre en paneles y equipos de conmutación. El terminal tiene una tensión nominal de 35 kV, está estañado y lleva el código de matriz 24 con una banda de color azul. Incluye una mirilla que permite comprobar visualmente la profundidad de inserción del conductor y cumple con la norma UL E9809. La lengüeta, el orificio de fijación y la banda con código de colores que se muestran en la figura 5 siguen el mismo diseño que se utiliza en toda la línea codificada por colores.

Figura 5: 54105, una lengüeta de cobre estándar de un solo orificio con una banda azul que identifica el código de matriz 24. (Fuente de la imagen: ABB)

54852BE, terminal de cobre de cuerpo largo con dos orificios:

El modelo 54852BE es un terminal de cobre de dos orificios, de cuerpo largo y extremo ciego, diseñado para cable de calibre 6 AWG, con un perno de 1/4 de pulgada y una distancia entre orificios de 5/8 de pulgada; además, añade un segundo punto de fijación en los casos en que la conexión requiera una mayor resistencia a la rotación ante la vibración. Al igual que el modelo 54105, tiene una tensión nominal de 35 kV, está estañado, lleva el código de matriz 24 con una banda de color azul y cumple con la norma UL E9809. La estructura del casquillo de extremo ciego, visible en la figura 6, envuelve por completo el extremo comprimido del conductor y mantiene el empalme sellado frente al entorno en la punta del casquillo.

Figura 6: 54852BE, un terminal de cobre de barril largo con dos orificios y una banda azul que identifica el código de matriz 24. (Fuente de la imagen: ABB)

60273, orejeta de aluminio de cañón largo con dos orificios:

El modelo 60273 amplía la línea codificada por colores a los conductores de aluminio, en forma de terminal de dos orificios, de cuerpo largo y extremo ciego, para cables de 500 kcmil con un perno de 1/2 pulgada y una separación entre orificios de 1-3/4 pulgadas. Tiene una tensión nominal de 35 kV y está certificado para funcionar a 90 grados Celsius; está estañado y se ha rellenado en fábrica con un compuesto inhibidor de la oxidación para proteger la unión contra la oxidación. Lleva el código de matriz 99 con una banda de color rosa y cuenta con la misma certificación UL E9809. La figura 7 muestra el cilindro de dos orificios, que ofrece la misma estabilidad rotacional que el modelo 54852BE de cobre, adaptado al mayor tamaño del conductor.

Figura 7: 60273, una orejeta de aluminio de cañón largo con dos orificios y una banda de color rosa que identifica el código de matriz 99. (Fuente de la imagen: ABB)

54108NT, terminal de lengüeta estrecha de cobre:

El modelo 54108NT es un terminal de cobre de cuerpo cilíndrico estándar y lengüeta estrecha para cable de calibre n.º 1 AWG, con un perno de 1/4 de pulgada. Este tamaño resulta útil para las conexiones en las que el espacio libre en el panel o equipos de conmutación alrededor del punto de montaje es limitado. Tiene una tensión nominal de 35 kV, está estañado y lleva el código de matriz 37 con una banda de color verde; cumple con la norma UL E9809. La figura 8 muestra los terminales con lengüeta estrecha y código de colores tal y como aparecen en la ficha técnica del modelo 54108NT, ilustrando cómo el ancho reducido de la lengüeta disminuye el espacio que ocupa el terminal en el punto de conexión.

Figura 8: 54108NT, terminales con lengüeta estrecha y codificada por colores, disponibles en diversas formas. (Fuente de la imagen: ABB)

Conclusión

La elección entre los métodos de compresión y de terminación mecánica depende del rendimiento que deba ofrecer la conexión una vez finalizada la instalación. Ambos métodos cumplen los requisitos de la normativa y las normas aplicables siempre que se instalen correctamente. Sin embargo, logran establecer una conexión segura mediante distintos mecanismos físicos y esa diferencia se pone de manifiesto con mayor claridad en la forma en que cada conexión resiste tras años de ciclos térmicos y vibraciones.

La gama de terminales de compresión con código de colores de ABB está diseñada para conductores de cobre y aluminio, desde cables de control de pequeño calibre hasta cables de alimentación de 500 kcmil. La gama abarca configuraciones de un orificio y de dos orificios, longitudes de cañón estándar y largas, así como una variante con lengüeta estrecha para espacios de montaje reducidos. En todas las variantes se mantienen el mismo sistema de códigos de matriz y de color, la herramienta de compresión y la homologación UL E9809. Esto proporciona al ingeniero una base coherente para seleccionar el terminal adecuado para cada punto de conexión.