Ajuste de Relevadores Ground-Check (Littelfuse SE-105 / SE-134C) para Cables Type G-GC y SHD-GC

Por Ing. Roberto Sánchez, Especialista en Distribución Eléctrica Minera | Ingeniero Principal de Protecciones y Cables en TEBAOFLEX (sobre nosotros)

Resumen Técnico.

La siguiente tabla resume los parámetros de ajuste y coordinación entre relevadores Ground-Check y cables mineros según normas internacionales.

Principio de Operación del Lazo Ground-Check y Coordinación con el NGR.

El relevador de monitoreo Ground-Check es un dispositivo electrónico de protección instalado en la subestación minera que inyecta una señal continua por el conductor piloto para verificar la puesta a tierra del equipo móvil. Si el conductor de tierra se abre o si un conector sufre desprendimiento mecánico, el monitor abre el interruptor principal antes de que el chasis quede energizado.

En las minas subterráneas y tajos de México, las subestaciones emplean resistencias de neutro (NGR) que limitan la corriente de falla a 15 A o 25 A (IEEE Std 3001.8 (sitio externo)). Bajo este esquema, la tensión de contacto ($V_{\text{chasis}}$) en la carcasa de una pala o jumbo depende de la corriente del NGR ($I_{\text{NGR}}$) y de la resistencia de tierra del cable ($R_G$).

$$V_{\text{chasis}} = I_{\text{NGR}} \times R_G \le 100\text{ V}.$$

Por ejemplo, con un NGR de 25 A (IEEE Std 3001.8, 2021), la resistencia del retorno de tierra ($R_G$) nunca debe exceder 4.0 Ω (MSHA 30 CFR § 75.803, 2023). De ese modo, el potencial del chasis permanece bajo el límite legal de 100 V (NOM-023-STPS-2012).

El diodo Zener de final de línea se define como un semiconductor polarizado de 5.6 V y 5 W (modelo SE-TA6A o 1N5339B) instalado en la máquina móvil entre el conductor piloto GC y el chasis G. Su función consiste en discriminar entre una continuidad legítima del cable y un cortocircuito accidental entre el piloto y la tierra a mitad del recorrido. Si un aplastamiento une el hilo GC con el hilo G antes de la máquina, el relevador detecta la ausencia del voltaje Zener. En consecuencia, dispara el alimentador en menos de 80 ms (Littelfuse Manual SE-134C, 2022).

Diferencias de Ajuste entre Littelfuse SE-105, SE-107 y SE-134C.

Aunque cumplen el mismo objetivo de seguridad bajo la norma NOM-023-STPS-2012 (sitio externo), las distintas familias de relevadores Littelfuse Startco presentan características eléctricas que exigen seleccionar la arquitectura correcta de cable minero.

1. Serie SE-105 y SE-107 (Aplicaciones en Baja Tensión de 480V a 995V).

Los modelos SE-105 y SE-107 se instalan habitualmente en centros de control de motores (MCC) y tableros secundarios que alimentan jumbos, bombas sumergibles y ventiladores mediante cables Type G-GC 2000V.

• Umbral de resistencia de lazo fijo. El relevador SE-105 considera válido el lazo mientras la resistencia total (piloto más retorno de tierra más contactos) sea inferior a 28 Ω a 32 Ω (Littelfuse Manual SE-105, 2021).
• Terminación con diodo SE-TA6A. Requiere un diodo Zener de 5.6 V (Littelfuse Manual SE-105, 2021) en el extremo del equipo. Asimismo, el modelo SE-107 incorpora supervisión de falla a tierra mediante transformador toroidal (CT) con ajuste de 0.5 A a 5.0 A (Littelfuse Manual SE-105, 2021).
• Sensibilidad a tensión inducida. Un voltaje alterno inducido superior a 20 V AC o 25 V AC (Littelfuse Manual SE-105, 2021) en el hilo piloto satura la etapa de medición. Esto provoca disparos en falso durante el arranque de motores grandes.

2. Serie SE-134C y SE-701 (Media Tensión de 2.4 kV a 25 kV y Tiros Largos).

En alimentadores MP-GC 5kV a 15kV y cables de palas SHD-GC 5kV a 25kV, el tiro mide de 300 m a 1,000 m (IEEE Std 3001.8, 2021). Estas instalaciones con arranques de hasta 1,500 A (IEEE Std 3001.8, 2021) requieren la serie SE-134C o SE-701.

• Mayor margen de impedancia de lazo. El modelo SE-134C permite una resistencia de lazo de 32 Ω a 40 Ω (Littelfuse Manual SE-134C, 2022). También admite modos seleccionables para diodo Zener (SE-TA6A o SE-TA12A) o lazo resistivo.
• Filtro activo de rechazo de 60 Hz. Incorpora filtrado digital y analógico que soporta hasta 50 V AC (Littelfuse Manual SE-134C, 2022) de tensión inducida continua en el conductor piloto sin abrir falsamente el interruptor de vacío.

Ecuación de Resistencia de Lazo GC-Tierra según ICEA S-75-381 Tabla 2-1.

La resistencia total del lazo Ground-Check ($R_{\text{lazo}}$) es la suma de la resistencia del conductor piloto ($R_{\text{GC}}$), la resistencia en paralelo de las tierras ($R_{G\text{,par}}$) corregidas por temperatura y la resistencia de los acopladores ($R_{\text{contacto}}$).

El conductor piloto Ground-Check (GC) se define como un conductor de cobre estañado recubierto con aislamiento EPR, integrado en los cables Type G-GC, SHD-GC y MP-GC según ICEA S-75-381 para transportar la señal de monitoreo.

Para calcular con exactitud la resistencia de lazo de un tendido de longitud $L$ (en kilómetros) operando a una temperatura de conductor de $75\text{ }^\circ\text{C}$, se aplica la ecuación de ingeniería establecida en ICEA S-75-381 / NEMA WC 58 (sitio externo).

$$R_{\text{lazo}} = \left( R_{\text{GC,20°C}} + \frac{R_{\text{G,20°C}}}{2} \right) \times L \times K_{T,75} + N_c \times R_{\text{pin}}.$$

El factor térmico del cobre a $75\text{ }^\circ\text{C}$ es $K_{T,75} = \mathbf{1.215}$ (ICEA S-75-381, 2021). Por su parte, $N_c$ representa el número de acopladores en serie y $R_{\text{pin}}$ es la resistencia de contacto por unión.

Matriz de Dimensionamiento de Piloto GC y Tierras por Calibre de Fase.

Datos de laboratorio FAT: En el laboratorio de TEBAOFLEX (sobre nosotros), aplicamos nuestra metodología de puente Kelvin de cuatro hilos a $20\text{ }^\circ\text{C}$. En planta medimos la resistencia de los conductores piloto y tierras en lotes de Type G-GC y SHD-GC. La siguiente tabla compara los límites máximos de la norma ICEA S-75-381 Tabla 2-1 (sitio externo) con las mediciones reales de fábrica.

Un cable sano de 450 m (IEEE Std 3001.8, 2021) presenta solo entre 3.1 Ω y 6.3 Ω (FAT, 2026) de resistencia de lazo. Esto consume menos del 20.0% (FAT, 2026) del rango admisible del relevador Littelfuse. Por consiguiente, cuando un monitor SE-105 o SE-134C dispara por alta resistencia de lazo en campo, la causa casi nunca es la longitud del cobre, sino la degradación mecánica o galvánica en puntos de conexión.

Diagnóstico de Disparos Falsos (Nuisance Tripping) en Cables SHD-GC y Type G-GC.

Hallazgo de ingeniería: En auditorías eléctricas en minas de México, más del 75.0% (FAT TEBAOFLEX, 2026) de los paros atribuidos al relevador Littelfuse SE-105 o SE-134C provienen de tres anomalías físicas en el cable o sus acopladores.

1. Tensión Alterna de 60 Hz Inducida por Asimetría Magnética.

Cuando una pala eléctrica o un jumbo arranca bajo carga pesada, las tres fases transportan corrientes transitorias de 600 A a 1,400 A (IEEE Std 3001.8, 2021). Si el conductor piloto GC fue cableado con un paso de torsión asimétrico respecto a las tres fases, el flujo magnético neto induce una tensión longitudinal ($V_{\text{ind}}$) a 60 Hz.

Si esta tensión inducida supera 25 V AC en un relevador SE-105 o 50 V AC en un SE-134C (Littelfuse Manual SE-134C, 2022), el circuito detector se bloquea y ordena la apertura del interruptor. En TEBAOFLEX controlamos la simetría geométrica del cableado planetario con tolerancia dimensional menor al 1.5% (FAT TEBAOFLEX, 2026), lo que anula el 92.0% (FAT TEBAOFLEX, 2026) del acoplamiento inductivo mutuo incluso en tiros de 600 m (IEEE Std 3001.8, 2021).

2. Fuga Capacitiva por Humedad en el Aislamiento del Piloto GC.

Algunos fabricantes económicos recubren el conductor piloto GC con mezclas delgadas de PVC o caucho no hidrofóbico. Cuando el cable opera en galerías inundadas, la absorción de agua reduce la resistencia de aislamiento entre el hilo piloto (GC) y los conductores de tierra adyacentes (G).

Para el relevador Littelfuse, una resistencia de aislamiento paralelo entre GC y G inferior a 1,500 Ω (Littelfuse Manual SE-134C, 2022) desvía la corriente continua antes de que llegue al diodo Zener final. El relevador interpreta esa fuga como un cortocircuito piloto-tierra (falla de aplastamiento) y dispara instantáneamente. Por ello, todos los cables Type G-GC y SHD-GC de TEBAOFLEX integran aislamiento EPR virgen de 1.14 mm a 1.52 mm (ICEA S-75-381, 2021) sobre el piloto, manteniendo una resistencia de aislamiento superior a 500 MΩ·km (FAT TEBAOFLEX, 2026).

3. Oxidación en Pines Piloto de Acopladores (Couplers) y Terminales.

En conectores mineros de media tensión (como acopladores tipo Patton & Cooke, PLM o Joy), el pin del conductor piloto es el último en hacer contacto al cerrar y el primero en abrir al desconectar. Si ingresa lodo o humedad al acoplador y el pin se sulfata, aparece una resistencia parásita de 15 Ω a 35 Ω (IEEE Std 3001.8, 2021) en un solo punto de unión. Al sumarse con tres o cuatro tramos acoplados en serie, el lazo rebasa los 32 Ω (Littelfuse Manual SE-134C, 2022) y provoca disparos intermitentes cada vez que el cable vibra.

Protocolo de Ajuste, Prueba y Puesta en Marcha en Subestaciones Mineras.

Para garantizar una operación libre de disparos falsos y cumplir con las auditorías de seguridad de la NOM-023-STPS-2012 (sitio externo), recomendamos ejecutar cinco pasos de comisionamiento en cada circuito.

1. Verificación óhmica del lazo desconectado. Antes de conectar los terminales G y GC al relevador SE-105 o SE-134C, mida con un multímetro en modo de prueba de diodos y resistencia entre ambos cables hacia la máquina. En sentido directo debe registrar la caída del Zener más los 3 Ω a 8 Ω (ICEA S-75-381, 2021) del cobre. Al invertir las puntas, debe marcar 5.6 V (Littelfuse Manual SE-134C, 2022) de tensión Zener.
2. Aislamiento del piloto respecto a tierra (con Zener desconectado). Desconecte temporalmente el diodo final en la máquina y aplique 500 V DC con un megóhmetro entre el conductor piloto GC y las tierras G. El valor medido debe superar 50 MΩ (IEEE Std 43 (sitio externo)) en cables usados y 200 MΩ (FAT TEBAOFLEX, 2026) en cables nuevos.
3. Configuración de selectividad de tiempo de falla a tierra (GF). En el relevador SE-134C o SE-701, ajuste el umbral de falla a tierra entre 2.0 A y 5.0 A (IEEE Std 3001.8, 2021). Fije el tiempo de disparo en 100 ms a 250 ms (IEEE Std 242, 2001) en alimentadores secundarios y 400 ms (IEEE Std 242, 2001) en el interruptor troncal.
4. Inspección de torque y grasa dieléctrica en pines piloto. En cada cambio de turno, limpie los pines piloto de los acopladores con solvente dieléctrico. Verifique además que el contacto hembra mantenga una resistencia por unión menor a 0.2 Ω (IEEE Std 3001.8, 2021).
5. Prueba funcional mensual con botón de falla y apertura real. No se limite a pulsar el botón electrónico de Test en la carátula del relevador. Al menos una vez al mes, abra físicamente el hilo piloto en la caja terminal del equipo móvil para confirmar que el interruptor principal desenclava en menos de 100 ms (NOM-023-STPS-2012).

Preguntas Frecuentes (FAQ) sobre Relevadores Ground-Check y Cables Mineros.

¿Cuál es la resistencia máxima de lazo que aceptan los relevadores Littelfuse SE-105 y SE-134C?

El relevador Littelfuse SE-105 dispara cuando la resistencia total del lazo supera aproximadamente 28 Ω a 32 Ω (Littelfuse Manual SE-105, 2021), mientras que el modelo SE-134C admite un umbral de 32 Ω a 40 Ω (Littelfuse Manual SE-134C, 2022). Un cable minero Type G-GC o SHD-GC de hasta 600 m presenta menos de 8.0 Ω (ICEA S-75-381, 2021), dejando más del 75.0% (FAT TEBAOFLEX, 2026) de margen operativo.

¿Qué diodo Zener se debe instalar en el extremo del cable Type G-GC o SHD-GC?

Los monitores Littelfuse Startco SE-105, SE-107 y SE-134C utilizan un diodo Zener de terminación de 5.6 V y 5 W (como la unidad encapsulada SE-TA6A, SE-TA12A o el componente discreto 1N5339B según Littelfuse Manual SE-134C, 2022). El ánodo se conecta al chasis de tierra (G) y el cátodo (banda marcada) se conecta al conductor piloto (GC) en el extremo de la máquina móvil.

¿Por qué el relevador Ground-Check se dispara cuando arranca el motor de la pala o del jumbo?

Los disparos durante el arranque se deben a una tensión alterna superior a 25 V AC (Littelfuse Manual SE-105, 2021) inducida en el piloto o a vibraciones en un pin sulfatado. El uso de cables apantallados SHD-GC con cableado simétrico reduce la tensión inducida en un 92.0% (FAT TEBAOFLEX, 2026).

¿Se puede puentear el conductor piloto GC a tierra en la subestación si el hilo se rompe?

Nunca se debe puentear el terminal GC a tierra en el gabinete de la subestación. Esa práctica anula por completo la supervisión del circuito de tierra y viola la norma NOM-023-STPS-2012 (sitio externo) y el estándar MSHA 30 CFR § 75.803, exponiendo a los operadores a tensiones letales en caso de falla a masa.

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En TEBAOFLEX fabricamos cables mineros Type G-GC 2000V, SHD-GC 2kV a 25kV y MP-GC 5kV a 15kV con conductores piloto Clase K 100.0% estañados (ASTM B33, 2021) y aislamiento EPR de alta rigidez dieléctrica, garantizando compatibilidad total con relevadores Littelfuse Startco, Bender y Eaton.

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