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Empalmes y terminales de MT: tipos y por qué fallan

Qué son los empalmes y terminales de cables de media tensión, sus tipos, por qué fallan y qué pruebas los detectan antes de la falla.

Por Shadai García, ingeniero electricista, fundador y CEO de Tiza Group. Revisado por el equipo de ingeniería de Tiza Group · .

celda MTabiertoterminalcableequipo VLFcable separadoen ambos extremoscubiertapantallasemiconductoraXLPEsemiconductoraconductortusenoidal de muy baja frecuencia (VLF)PruebaVLFSoportadaTan δ© tizagrp.comcelda MTabiertoterminalcableequipo VLFcable separadoen ambos extremoscubiertapantallasemiconductoraXLPEsemiconductoraconductortusenoidal de muy baja frecuencia (VLF)PruebaVLFSoportadaTan δ© tizagrp.com
Cable de potencia de media tensión: capas del aislamiento y prueba VLF. Ubicación en el sistema, principio de funcionamiento e IEC 61850. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

Los terminales y empalmes son los accesorios que permiten conectar y unir cables de media tensión con aislamiento extruido. Su trabajo es reconstruir lo que se retiró del cable (aislamiento, semiconductoras y pantalla) y controlar el campo eléctrico donde termina la pantalla. Son el punto más débil del circuito: la mayoría de sus fallas vienen de una preparación defectuosa del cable en la instalación, no del accesorio. Se detectan con pruebas de descargas parciales, tangente delta y VLF, y con termografía en los terminales accesibles.

Qué son y qué reconstruyen

Un cable de media tensión con aislamiento extruido (XLPE o EPR) tiene capas: conductor, semiconductora interna, aislamiento, semiconductora externa, pantalla metálica y cubierta. Cuando hay que conectarlo a un equipo o unir dos tramos, esas capas se retiran en orden, y en ese punto el campo eléctrico, que en el cable está confinado y uniforme, se concentra en el borde donde termina la pantalla. Vea cables de potencia.

  • El terminal prepara el extremo del cable para conectarlo a una celda, un transformador o una línea aérea. Controla el campo en el corte de la pantalla, alarga la distancia de fuga en la superficie y sella el cable contra la humedad.
  • El empalme une dos cables y reconstruye todas las capas: conexión del conductor, aislamiento, semiconductoras, continuidad de la pantalla y cubierta.
  • Los conectores separables (codos y conectores en T) son terminales enchufables para equipos con bujes normalizados, comunes en transformadores tipo pedestal y celdas compactas.

Tipos

TecnologíaCómo se instalaComentario
TermocontráctilTubos que se contraen con calor sobre el cableNecesita calor uniforme; muy usada en la región
Contráctil en fríoTubo expandido sobre un núcleo que se retiraSin llama; menos dependiente del soplete
PremoldeadoCuerpo de caucho moldeado que se desliza a presiónAjuste exacto al diámetro del cable; usual en conectores separables
EncintadoCintas aislantes y semiconductoras aplicadas a manoCada vez menos usado; depende por completo del instalador

El control de campo en el terminal se logra con un material de control de esfuerzo (de alta permitividad o resistivo) o con un cono deflector geométrico. Los fabricantes conocidos, como 3M o TE Connectivity (Raychem), tienen líneas de cada tecnología; lo importante es que el accesorio corresponda a la tensión, a la sección y al diámetro sobre el aislamiento del cable.

Los requisitos y ensayos de los accesorios se definen en IEEE 48 (terminales), IEEE 404 (empalmes) e IEC 60502-4 (accesorios para cables de 6 kV a 30 kV), y los conectores separables en IEEE 386.

Por qué fallan

El accesorio llega de fábrica ensayado. La mayoría de las fallas se originan en la instalación:

Defecto de instalaciónQué provoca
Corte irregular o escalón mal hecho en la semiconductora externaConcentración de campo y descargas parciales en el borde
Rayones o cortes en el aislamiento al retirar la semiconductoraPunto débil donde inicia la arborescencia
Contaminación, polvo o humedad atrapadosDescargas superficiales y caminos de fuga
Conector mal comprimido o de la sección equivocadaCalentamiento que degrada el aislamiento desde adentro
Pantalla mal reconectada o sin puesta a tierraTensiones inducidas y descargas en la pantalla
Accesorio de un rango que no corresponde al cableMala adherencia, huecos de aire, campo mal controlado
Terminal exterior sin limpieza en ambiente contaminadoArborescencia superficial (tracking) y flameo

Estos defectos rara vez fallan el primer día. Generan descargas parciales que erosionan el aislamiento de forma progresiva hasta que la falla aparece meses o años después, a menudo coincidiendo con una sobretensión o un período húmedo. Por eso un circuito que pasó una prueba de tensión al energizar puede fallar más tarde.

Señales de un accesorio en problemas

Antes de fallar, un empalme o un terminal suele dar señales que conviene no ignorar:

  • Ruido de descargas (chisporroteo) o olor a ozono cerca de los terminales de una celda.
  • Marcas de arborescencia superficial o carbonización en terminales exteriores e interiores.
  • Calentamiento de la conexión del terminal, visible en termografía.
  • Disparos por falla a tierra que se repiten en el mismo circuito y no se explican por la carga.
  • Humedad o agua en las cámaras donde están los empalmes subterráneos.

Cuando un circuito falla en un accesorio, la reparación debe incluir un análisis de la causa: si el defecto fue de instalación, es probable que los demás accesorios del mismo instalador o del mismo lote tengan el mismo problema.

Cómo se detectan

Diagnóstico de accesorios de cables de MT
  1. 01Inspección y termografíaTerminales accesibles: calentamiento y tracking
  2. 02Descargas parcialesDetecta y localiza el accesorio con defecto
  3. 03Tangente deltaEstado general del aislamiento del circuito
  4. 04Tensión soportada VLFConfirma que el circuito resiste antes de energizar
  5. 05DecisiónReparar el accesorio, rehacerlo o reemplazar el tramo
  • Descargas parciales: la prueba que mejor localiza un empalme o terminal defectuoso. Puede hacerse fuera de línea con una fuente de prueba o en línea con sensores. Vea prueba de descargas parciales.
  • Tangente delta: da el estado general del aislamiento; un valor alto o inestable con la tensión señala humedad o envejecimiento.
  • Tensión soportada con VLF: verifica que el circuito resiste una sobretensión controlada; es la prueba habitual de aceptación de instalaciones nuevas y reparadas. Vea pruebas de diagnóstico de cables.
  • Termografía de terminales en celdas y transformadores, para detectar conexiones calientes. Vea termografía en subestaciones y tableros.

El orden y la combinación se eligen según el tipo de cable, su edad y si el circuito es nuevo o está en servicio. Las guías de la serie IEEE 400 tratan estas pruebas en campo.

Cómo se reduce el riesgo en la instalación

La calidad de un accesorio se decide en el sitio. Las prácticas que más reducen las fallas son: instaladores con entrenamiento en la tecnología y la marca del accesorio, herramientas de pelado y corte que no rayen el aislamiento, limpieza con el solvente que indica el fabricante, control de la humedad y del polvo durante el montaje, verificación del rango del accesorio contra el diámetro real del cable y conectores comprimidos con la herramienta y la matriz correctas. Un registro de cada accesorio (instalador, fecha, lote) facilita el análisis si algo falla después, y la prueba de aceptación con VLF y descargas parciales cierra el trabajo antes de energizar.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

Nuestro equipo prueba circuitos de cables de media tensión en Colombia: aceptación de cables y accesorios nuevos o reparados con VLF, diagnóstico de cables en servicio con tangente delta y descargas parciales, y termografía de terminales. Le entregamos los resultados interpretados y la recomendación sobre cada accesorio. Vea nuestro servicio de pruebas y puesta en servicio y la termografía, y escríbanos por contacto.

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Referencias

  • IEEE 48, IEEE Standard for Test Procedures and Requirements for Alternating-Current Cable Terminations Used on Shielded Cables Having Laminated Insulation Rated 2.5 kV through 765 kV or Extruded Insulation Rated 2.5 kV through 500 kV.
  • IEEE 404, IEEE Standard for Extruded and Laminated Dielectric Shielded Cable Joints Rated 2.5 kV to 500 kV.
  • IEEE 386, IEEE Standard for Separable Insulated Connector Systems for Power Distribution Systems Rated 2.5 kV through 35 kV.
  • IEC 60502-4, Power cables with extruded insulation and their accessories for rated voltages from 1 kV up to 30 kV – Part 4: Test requirements on accessories for cables with rated voltages from 6 kV up to 30 kV.
  • IEEE 400 (serie), guías de pruebas en campo de sistemas de cables apantallados.

Preguntas frecuentes

¿Por qué fallan los empalmes de media tensión?

Casi siempre por la instalación: un corte irregular de la semiconductora externa, rayones en el aislamiento, contaminación o humedad atrapadas, un conector mal comprimido que se calienta, una pantalla mal reconectada o un accesorio de un rango que no corresponde al cable. Esos defectos generan descargas parciales que erosionan el aislamiento durante meses o años hasta la falla.

¿Qué prueba detecta un empalme defectuoso antes de que falle?

La medición de descargas parciales, en línea o fuera de línea, es la que mejor localiza un accesorio con defecto. La tangente delta indica el estado general del aislamiento del circuito, y la prueba de tensión soportada con VLF confirma que el circuito resiste, aunque no dice dónde está el problema si pasa.

¿Qué es mejor, un empalme termocontráctil o uno contráctil en frío?

Los dos funcionan si están bien instalados y son del rango correcto para el cable. El termocontráctil necesita calor aplicado de forma pareja; el contráctil en frío no necesita llama y depende menos de la habilidad con el soplete. La elección suele depender del sitio de instalación, del espacio y de la práctica del instalador.

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