Diagnóstico de Fallas en Pantalla Metálica de Cables SHD-GC y MP-GC: Corrientes Circulantes y TDR

Por Ing. Carlos Mendoza, Especialista en Cables Mineros (19 años en diagnóstico dieléctrico VLF, reflectometría TDR y protecciones de media tensión en tajos de cobre y minas subterráneas de Sonora y Zacatecas). Conozca más en nuestra sección sobre nosotros y catálogo de cables SHD-GC o visite nuestra página de contacto para soporte de ingeniería.

Resumen Técnico

1. Arquitectura de la Pantalla Metálica en Cables Mineros SHD-GC vs. MP-GC

En las redes eléctricas de media tensión (4.16 kV, 7.2 kV, 13.8 kV y 23 kV) de la minería a cielo abierto y subterránea, la pantalla de aislamiento cumple tres funciones vitales. Confina el campo eléctrico de manera simétrica dentro del aislamiento EPR, drena las corrientes de carga capacitiva a tierra y garantiza el disparo instantáneo del relevador de falla a tierra ante cualquier perforación mecánica.

La pantalla metálica compuesta de cable SHD-GC es un blindaje flexible trenzado sobre la capa semiconductora externa de cada fase, formado por hilos de cobre estañado (ASTM B33 (sitio externo)) combinados con monofilamentos de nailon o poliéster que aseguran una cobertura metálica mínima del 60% (ICEA S-75-381, 2021) y alta resistencia a la fatiga por flexión dinámica.

Por su parte, la pantalla de cinta de cobre de cable MP-GC se define como una lámina continua de cobre recocido y estañado de 0.076 mm (3 mils) de espesor aplicada helicoidalmente con un traslape mínimo del 15% (ICEA S-75-381, 2021), diseñada para alimentadores estacionarios en rampa, pozos verticales y subestaciones mineras donde no existe arrastre continuo.

El error operativo más grave consiste en instalar un cable MP-GC en un servicio móvil (por ejemplo, alimentando una pala eléctrica o una perforadora rotativa). Cuando un cable con pantalla de cinta sufre radios de curvatura inferiores a 12 x OD o torsión axial, la cinta de cobre se pandea (buckling), pierde su traslape del 15% (ICEA S-75-381, 2021) y se fractura transversalmente. Los bordes filosos de la cinta rota cortan la capa semiconductora y perforan el aislamiento EPR en pocas semanas.

2. Física de las Islas Flotantes, Descargas Parciales y Corrientes Circulantes

Existe una diferencia fundamental entre los cables monopolares de subestación y los cables trifásicos mineros SHD-GC o MP-GC respecto a cómo interactúa la pantalla metálica con los conductores de tierra.

Hallazgo de ingeniería: Conforme a las Secciones 3.7 y 4.7 de ANSI/NEMA WC 58 / ICEA S-75-381 (sitio externo), en los cables mineros de tres conductores las pantallas metálicas de las tres fases carecen de chaqueta aislante individual. En su lugar, están ensambladas en contacto físico y eléctrico directo con los dos conductores de puesta a tierra (G) desnudos estañados alojaos en los intersticios a lo largo de toda la longitud del cable. Esto produce dos consecuencias críticas de ingeniería que todo jefe de mantenimiento eléctrico debe dominar:

1. Por qué ambos extremos deben aterrizarse obligatoriamente en SHD-GC y MP-GC: En instalaciones de cables monopolares separados en charola (según IEEE Std 575 (sitio externo)), aterrizar ambos extremos de la pantalla genera lazos de corriente inducida que reducen la ampacidad hasta en un 28% (IEEE Std 575, 2014). Sin embargo, en un cable trifásico armado SHD-GC o MP-GC, las tres fases están trenzadas simétricamente en paso corto y sus pantallas comparten contacto continuo con las dos tierras intersticiales. La suma fasorial del flujo magnético trifásico se cancela localmente y las pérdidas por corrientes circulantes representan menos del 1.5% (TEBAOFLEX FAT Lab, 2026). Desconectar un extremo de la pantalla en un acoplador minero o mufla terminal es un error letal: deja una sección flotante expuesta a gradientes capacitivos que carbonizan el cono de alivio de esfuerzos.
2. El fenómeno de la "Isla Metálica Flotante" tras aplastamiento o tirón: Cuando una roca cae sobre el cable o un tractor pisa el tendido, los hilos de la malla trenzada o la cinta de cobre pueden fracturarse en dos puntos separados por pocos centímetros. Si en ese mismo tramo el cable sufre destrenzado interno (birdcaging), la sección rota de pantalla pierde contacto con los conductores de tierra G. Esa porción aislada de cobre se carga por acoplamiento capacitivo hasta alcanzar entre el 40% y el 65% (TEBAOFLEX FAT Lab, 2026) de la tensión fase-tierra (por ejemplo, 3.2 kV en una red de 13.8 kV). La diferencia de potencial descarga arcos continuos (partial discharge) hacia la pantalla sana a través de la capa semiconductora, calcinando el aislamiento EPR desde afuera hacia adentro.

La corriente circulante de pantalla inducida se define como la corriente longitudinal parásita generada por inducción electromagnética mutua cuando el flujo magnético de los conductores de fase enlaza un lazo cerrado entre pantallas metálicas y tierra, provocando calentamiento adicional por pérdidas $I^2R$ y obligando a derratear la capacidad del alimentador cuando las fases no están transpuestas o cableadas en conjunto según IEEE Std 575 (sitio externo).

3. Protocolo de Diagnóstico con Reflectometría TDR y Micro-Óhmetro

Dado que en un cable SHD-GC o MP-GC las pantallas de las tres fases tocan las tierras G, una prueba simple de continuidad con multímetro entre ambos extremos siempre marcará circuito cerrado a través de los conductores de tierra, ocultando cualquier rotura local de pantalla. Para detectar una pantalla abierta o corroída sin cortar el cable, nuestra metodología combina tres pruebas no destructivas:

La reflectometría en el dominio del tiempo (TDR) en cables apantallados es una técnica de diagnóstico de alta frecuencia que inyecta un pulso rápido de baja tensión entre el conductor de fase y el sistema pantalla-tierra, midiendo el tiempo de tránsito y la polaridad de los ecos reflejados por cualquier cambio en la impedancia característica ($Z_0$) a lo largo del cable.

1. Inyección de pulso TDR con velocidad de propagación calibrada ($V_p = 0.54\,c$): En cables mineros con aislamiento EPR de 90 °C (constante dieléctrica $\varepsilon_r \approx 3.1$ a $3.4$), el pulso viaja entre 156 m/µs y 168 m/µs. Una apertura o destrenzado de la pantalla metálica disminuye localmente la capacitancia radial ($C$) y eleva la impedancia característica $Z_0 = \sqrt{L/C}$. Esto aparece en la pantalla del reflectómetro como una reflexión positiva (pico hacia arriba) que localiza el daño con precisión de ±0.5 m.
2. Medición de simetría de capacitancia por fase (Puente LCR a 1 kHz): Se mide la capacitancia entre cada conductor de fase ($L_1, L_2, L_3$) y el bus de tierra. En un cable sano de 300 metros, el desbalance capacitivo entre las tres fases es inferior al 1.5% (TEBAOFLEX FAT Lab, 2026). Si una fase presenta una capacitancia un 4% a 8% (TEBAOFLEX FAT Lab, 2026) menor que las otras dos, su pantalla metálica se ha separado de los conductores de tierra o presenta corrosión severa.
3. Termografía infrarroja en muflas y acopladores bajo carga: En alimentadores MP-GC, un diferencial térmico superior a 8 °C en el resorte de fuerza constante (constant-force spring) o en la trenza de puesta a tierra de la terminal indica alta resistencia de contacto o corrientes armónicas circulantes.

4. Datos de Laboratorio FAT y Auditorías en Minas de Sonora y Zacatecas

Datos de laboratorio FAT: En planta medimos el ángulo de trenzado (braid angle óptimo de 50° a 55°), el porcentaje de cobertura óptica y la resistencia en corriente continua de la pantalla en cada lote de fabricación. Adicionalmente, entre marzo de 2025 y febrero de 2026 auditamos 42 tramos operativos de cables SHD-GC (8 kV y 15 kV) y MP-GC (15 kV) en dos tajos de cobre en Sonora y dos minas subterráneas en Zacatecas. El análisis comparativo entre pantallas de trenzado compuesto TEBAOFLEX y cables comerciales con malla de cobre simple arrojó los siguientes resultados verificados:

El uso del hilo de poliamida entrelazado en ángulo de 52° dentro de la pantalla de nuestros cables SHD-GC actúa como un resorte elástico. Cuando el cable pasa bajo tensión por las poleas guía de una pala o perforadora, el monofilamento sintético absorbe el esfuerzo de compresión radial e impide que los hilos de cobre estañado se degüellen entre sí en los puntos de cruce.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Por qué un multímetro común no detecta una pantalla metálica rota en un cable SHD-GC o MP-GC?

En los cables mineros trifásicos SHD-GC y MP-GC fabricados bajo ICEA S-75-381, las pantallas metálicas de las tres fases están en contacto continuo con los dos conductores de puesta a tierra (`G`) sin aislamiento a lo largo de todo el cable. Por ello, al medir continuidad de extremo a extremo con un óhmetro convencional, la corriente circula por los gruesos conductores de tierra y marca baja resistencia aunque la pantalla tenga un tramo completamente fracturado. Para detectarlo se requiere reflectometría TDR o medición de simetría capacitiva.

¿Se debe aterrizar la pantalla metálica de un cable SHD-GC o MP-GC en un solo extremo o en ambos?

En cables trifásicos mineros SHD-GC y MP-GC, el conjunto de pantallas y conductores de tierra debe aterrizarse sólidamente en ambos extremos (tanto en la subestación o centro de carga como en el chasis del equipo móvil). Debido a que las tres fases están trenzadas simétricamente dentro de una misma cubierta, el campo magnético trifásico se anula y las pérdidas por corrientes circulantes son inferiores al 2% (TEBAOFLEX FAT Lab, 2026). Dejar un extremo sin conectar en un acoplador minero es peligroso y viola 30 CFR Part 75 (sitio externo).

¿Cómo se distingue en una gráfica TDR una pantalla rota de un cortocircuito incipiente en el aislamiento?

En un reflectómetro TDR, una pantalla metálica abierta o separada reduce la capacitancia local y eleva la impedancia característica ($Z_0$), generando un pulso reflejado positivo (pico hacia arriba) en la traza. Por el contrario, una filtración de agua conductiva o un aplastamiento que acerca la pantalla al conductor central reduce la impedancia característica y produce una reflexión negativa (pico hacia abajo).

¿Cuándo debo especificar pantalla de malla compuesta (SHD-GC) en lugar de pantalla de cinta de cobre (MP-GC)?

Debe especificar cable SHD-GC con pantalla de malla trenzada compuesta (mínimo 60% de cobertura) (ICEA S-75-381, 2021) siempre que el cable alimente equipos móviles, se enrolle en tambores o se reubique arrastrándolo por el piso del tajo. El cable MP-GC con pantalla de cinta de cobre traslapada al 15% (ICEA S-75-381, 2021) debe reservarse exclusivamente para instalaciones fijas en charolas, ductos, tiros verticales o interconexión estacionaria de subestaciones.

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