Un cable de potencia aislado transporta energía en media, alta o extra alta tensión por ductos, bandejas o enterrado. Su aislamiento, casi siempre XLPE, va entre dos capas semiconductoras que controlan el campo eléctrico, y su pantalla metálica lleva la corriente de falla y define la conexión a tierra. La mayoría de los problemas aparecen en terminales y empalmes, por eso las pruebas después de la instalación son clave.
Qué es un cable de potencia
Un cable de potencia aislado transporta energía donde una línea aérea no es posible o conveniente: salidas de subestaciones urbanas, conexiones entre transformadores y celdas, redes colectoras de plantas solares y eólicas, y la distribución interna de plantas industriales. Este artículo trata los cables de media, alta y extra alta tensión.
Partes principales
Desde el centro hacia afuera:
- Conductor de cobre o aluminio, cableado y compactado. En secciones grandes se usan conductores segmentados para reducir el efecto piel.
- Pantalla semiconductora del conductor, que suaviza las irregularidades de los hilos y uniformiza el campo.
- Aislamiento, hoy casi siempre polietileno reticulado (XLPE). También hay cables con EPR y, en instalaciones antiguas, cables con papel impregnado o con aceite a presión.
- Pantalla semiconductora del aislamiento, que confina el campo eléctrico dentro del aislamiento.
- Pantalla o cubierta metálica de hilos o cintas de cobre, o cubierta de plomo o aluminio en alta tensión, que además sirve de barrera contra la humedad. Lleva la corriente capacitiva y la de falla a tierra.
- Elementos bloqueadores de agua, longitudinales y radiales.
- Chaqueta exterior de PVC o polietileno, y armadura en cables industriales o de instalación directa.
A esto se suman los accesorios: terminales para exterior o interior, conectores enchufables para celdas, GIS y transformadores, y empalmes. Cada accesorio rompe la geometría del cable y reconstruye el control de campo con conos de alivio o materiales de control de esfuerzo.
Cómo funciona
Las pantallas semiconductoras hacen que el campo eléctrico sea radial y uniforme en el aislamiento. Por el cable circula una corriente capacitiva que crece con la longitud y la tensión; en circuitos largos de alta tensión llega a requerir compensación con reactores.
La corriente de carga induce tensiones en las pantallas metálicas. La forma de conectarlas a tierra es una decisión de diseño:
- Aterrizadas en ambos extremos: no hay tensión inducida, pero circulan corrientes por las pantallas que generan pérdidas y reducen la capacidad del cable.
- Aterrizadas en un solo punto: no hay corriente circulante, pero aparece una tensión en el extremo abierto, que se limita con descargadores de pantalla.
- Transposición de pantallas (cross-bonding): en circuitos largos de alta tensión se cruzan las pantallas en cajas de conexión para que las tensiones inducidas se cancelen.
La capacidad de corriente depende de la instalación: profundidad, ductos, agrupamiento y resistividad térmica del suelo. El método de cálculo de referencia es el de IEC 60287.
Tipos
- Extra alta tensión: cables XLPE de más de 150 kV (IEC 62067), con cubierta metálica estanca, empalmes premoldeados y sistemas de transposición.
- Alta tensión: de más de 30 kV hasta 150 kV (IEC 60840), comunes en salidas urbanas y conexiones de transformadores a GIS.
- Media tensión: de 6 kV a 30 kV (IEC 60502-2), los más numerosos en distribución, industria y plantas solares, con conductores de aluminio en redes colectoras.
- Industria: cables armados, cables para bandeja y cables con requisitos de baja emisión de humos o resistencia a hidrocarburos según el ambiente.
Protecciones asociadas
El cable es parte de la zona de protección del circuito que alimenta:
- En alimentadores de media tensión se protege con sobrecorriente de fases y tierra 50/51 y 50N/51N, a menudo con CT toroidal para la tierra. Aquí está uno de los errores más comunes: si la conexión de pantalla atraviesa el toroide, debe regresar por dentro de él.
- En circuitos de alta tensión se usa diferencial de línea; ver la prueba de la diferencial de línea 87L. En líneas mixtas, la protección de distancia debe considerar el cambio de impedancia entre el tramo aéreo y el subterráneo.
- El recierre automático 79 se bloquea en circuitos subterráneos y se condiciona en líneas mixtas.
Pruebas en puesta en servicio y mantenimiento
Después de la instalación:
- Resistencia de aislamiento y continuidad de conductores y pantallas.
- Identificación de fases en ambos extremos.
- Prueba de la chaqueta exterior con tensión continua, para detectar daños mecánicos de la instalación.
- Prueba de tensión en corriente alterna: en media tensión, con VLF (muy baja frecuencia) según IEEE 400.2; en alta y extra alta tensión, con fuente resonante según IEC 60840 o IEC 62067.
- Medición de descargas parciales durante la prueba de tensión, que localiza defectos en accesorios (IEEE 400.3).
- Verificación del sistema de conexión de pantallas, cajas de transposición y descargadores de pantalla.
En mantenimiento se usan la tangente delta con VLF para evaluar el envejecimiento del aislamiento, las descargas parciales y la termografía de terminales.
Fallas comunes
- Defectos de montaje en accesorios: cortes en el aislamiento, restos de semiconductor, mala limpieza o mala posición del cono de alivio. Son una de las causas más frecuentes de falla.
- Daños mecánicos durante el tendido o por excavaciones posteriores.
- Arborescencias por agua en cables antiguos con humedad.
- Sobrecalentamiento por agrupamiento, ductos sin ventilación o suelos secos.
- Pantallas corroídas o mal conectadas, con corrientes circulantes o tensiones inducidas excesivas.
- CT toroidal mal instalado respecto a la pantalla, que causa disparos falsos o falta de disparo.
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Referencias
- IEC 60502-2: cables con aislamiento extruido de 6 kV a 30 kV.
- IEC 60840: cables con aislamiento extruido de más de 30 kV hasta 150 kV.
- IEC 62067: cables con aislamiento extruido de más de 150 kV hasta 500 kV.
- IEC 60287: cálculo de la capacidad de corriente de cables.
- IEEE 400, IEEE 400.2 e IEEE 400.3: pruebas en campo de cables apantallados, VLF y descargas parciales.
- IEEE 48 e IEEE 404: terminales y empalmes de cables.
- IEEE 575: guía de conexión de pantallas y cubiertas de cables unipolares.
Preguntas frecuentes
¿Por qué la protección de tierra no ve una falla en el cable aunque tenga CT toroidal?
Casi siempre es por la forma en que pasa la pantalla por el toroide. Si la conexión a tierra de la pantalla atraviesa el CT, debe regresar por dentro de él; si no, la corriente de falla que vuelve por la pantalla se resta de la medición y la protección queda ciega o actúa mal.
¿Se puede probar un cable XLPE con tensión continua alta?
No se recomienda para cables XLPE en servicio, porque la tensión continua puede dejar cargas atrapadas en el aislamiento y no reproduce la distribución de esfuerzos de la corriente alterna. Para media tensión se prefiere VLF y para alta tensión prueba de corriente alterna con fuente resonante.
¿Por qué se bloquea el recierre en circuitos de cable?
Una falla en un cable aislado es casi siempre permanente, y cerrar de nuevo sobre ella agrava el daño. Por eso el recierre se bloquea en circuitos totalmente subterráneos y, en líneas mixtas, se habilita solo cuando la falla se ubica en el tramo aéreo.