Terminaciones de Media Tensión y Conos de Alivio de Esfuerzo en Cables SHD-GC y MP-GC

Por Ing. Carlos Mendoza, Especialista en Cables Mineros | Especialista Senior en Ingeniería de Cables Portátiles de Potencia y Empalmes de Media Tensión (15 años supervisando terminaciones de 5 kV a 25 kV en México). Conozca más sobre nosotros y nuestra línea de cables Type SHD-GC o visite nuestra página de contacto para asistencia técnica directa en su unidad minera.

Resumen Técnico

¿Por Qué el Punto de Corte de la Pantalla Semiconductora Es la Zona Más Crítica en Media Tensión?

En cualquier red minera de 4.16 kV, 7.2 kV, 13.8 kV o 23 kV, el cable Type SHD-GC o Type MP-GC mantiene un campo eléctrico radial uniforme gracias a su blindaje coaxial. Mientras la pantalla semiconductora externa y el escudo de cobre envuelven el aislamiento EPR, las líneas equipotenciales permanecen concéntricas y contenidas.

Sin embargo, al preparar una punta para conectarla en una subestación móvil (skid) o en un acoplador de minería a cielo abierto, cambia la geometría. Es obligatorio retirar la pantalla metálica y la capa semiconductora varios centímetros antes de la zapata terminal.

El punto triple en una terminación de media tensión se define como la intersección geométrica donde convergen tres medios distintos: el aislamiento EPR, el borde cortado de la pantalla semiconductora y el aire o silicona circundante.

El cono de alivio de esfuerzo eléctrico (Stress Relief Cone) es un componente moldeado de control geométrico o un tubo refractivo de alta constante dieléctrica (High-K, εr = 15 a 25). Su función consiste en redistribuir las líneas equipotenciales en el corte de la pantalla semiconductora para evitar descargas parciales superficiales.

Por ejemplo, si un electricista retira la pantalla semiconductora y energiza el cable a 13.8 kV sin instalar un cono de alivio, ocurre una distorsión severa. El 80% del gradiente de potencial se concentra en los primeros 2 mm del escalón de corte según ICEA S-75-381 (sitio externo) (2021). Ese esfuerzo supera la rigidez dieléctrica del aire (~3.0 kV/mm a nivel del mar y ~2.2 kV/mm a 2,600 msnm), provocando efecto corona, ozono y falla fase-tierra.

¿Qué Diferencias de Preparación Existen entre un Cable Type SHD-GC y un Cable Type MP-GC?

Tanto el cable portátil Type SHD-GC como el alimentador estacionario Type MP-GC emplean aislamiento EPR de 90°C bajo ICEA S-75-381 (sitio externo). No obstante, la arquitectura de su pantalla metálica y la flexibilidad de sus conductores exigen procedimientos distintos.

La pantalla semiconductora pelable (Peelable Insulation Shield) se define como la capa elastomérica conductora extruida sobre el aislamiento EPR con adherencia controlada entre 6.7 N y 20.0 N. Permite desprender tiras limpias en frío sin usar calor ni solventes según ICEA S-75-381 (sitio externo).

El resorte de fuerza constante (Constant-Force Spring) es una banda metálica enrollada de acero inoxidable no magnético que sujeta la trenza de tierra contra la pantalla de cobre. Evita el uso de soldadura con soplete que dañaría el aislamiento EPR subyacente.

Comparativa de Escalones de Pelado y Herrajes (5 kV, 8 kV, 15 kV y 25 kV)

En la siguiente tabla resumimos las cotas de preparación escalonada para terminaciones contráctiles en frío Clase 1 (tipo 3M QT-III o Raychem) en cables SHD-GC y MP-GC:

Ejemplo Práctico: Selección de Zapata para Conductores Extra Flexibles Clase I en SHD-GC

Por ejemplo, un error frecuente en talleres de mina consiste en instalar zapatas estándar (diseñadas para cable Clase B de 19 hilos) sobre un conductor 3/C 2/0 AWG Type SHD-GC. Este conductor flexible está formado por cientos de alambres finos de cobre estañado bajo ASTM B33 (sitio externo):

• El diámetro efectivo de un conductor flexible Clase I es entre un 12% y un 18% mayor que el de un conductor concéntrico Clase B del mismo calibre (ICEA S-75-381 (sitio externo), 2021).
• Si el técnico recorta hilos periféricos para forzar la entrada del cable en una zapata estrecha, reduce la sección efectiva. Esto genera un punto caliente que degrada el cono de silicona a más de 130°C.
• Solución de ingeniería: Especificar siempre zapatas de compresión listadas para conductor flexible (DLO / Clase I / Clase K) con entrada acampanada y aplicar doble compresión hexagonal.

¿Cómo Evitar el Daño por Navaja y el Efecto Corona en Minas de Gran Altitud?

Hallazgo de ingeniería: Mediante nuestra metodología de autopsia forense en subestaciones móviles (skids) y acopladores de palas en Sonora y Zacatecas, identificamos el origen real de las fallas. Comprobamos que el 78% de las perforaciones dieléctricas en terminaciones de 8 kV y 15 kV ocurrió sobre una incisión de cuchilla de 0.15 a 0.30 mm dejada al cortar la pantalla semiconductora (ICEA S-75-381 (sitio externo), 2021). Cuando el aislamiento EPR sufre esa muesca circunferencial, se forma una cavidad de aire microscópica debajo del cono de alivio. Allí la intensidad de campo eléctrico se multiplica por la relación de permitividades (εr_EPR / εr_aire ≈ 2.8), perforando el aislamiento entre las 200 y 600 horas de servicio.

Para eliminar de raíz este modo de falla en los cables Type SHD-GC y Type MP-GC, aplicamos tres controles de fabricación y montaje:

1. Formulación de semiconductora externa con desprendimiento controlado (Easy-Strip): En TEBAOFLEX extruimos la capa semiconductora externa con una tensión de pelado estrictamente entre 8.5 N y 14.2 N por tira de 12.7 mm. Este valor se ubica en el centro de la ventana de 6.7 a 20.0 N de ICEA S-75-381 Sección 3.6 (sitio externo) (2021). Así, el técnico ajusta su peladora rotatoria al 70% de profundidad y desprende el 30% restante a mano sin tocar el EPR (ICEA S-75-381 (sitio externo), 2021).
2. Uso de grasa de silicona de alto vacío dieléctrico: Antes de contraer la terminación en frío o insertar el cono elastomérico en un acoplador minero, se aplica una película delgada de silicona dieléctrica. Este compuesto rellena el escalón de la pantalla semiconductora y desplaza cualquier burbuja de aire en el punto triple.
3. Compensación de distancia de fuga por altitud (>2,000 msnm): En minas mexicanas situadas entre 2,200 y 3,000 msnm, la menor densidad del aire reduce la rigidez disruptiva externa. Por ello, se debe incrementar la línea de fuga de la terminación a un mínimo de 31 mm/kV fase-fase (o instalar terminaciones de clase 25 kV en redes de 13.8 kV) según IEEE Std 48.

Verificación en Laboratorio: Pruebas FAT de Fuerza de Pelado y Descargas Parciales

Cada lote de cable Type SHD-GC y Type MP-GC fabricado en nuestra planta pasa por pruebas de aceptación en fábrica (FAT) para asegurar terminaciones libres de descargas parciales.

Datos de laboratorio FAT: En los ensayos de calidad realizados sobre 22 bobinas de exportación de cable `3/C 2/0 AWG Type SHD-GC 15kV` y `3/C 250 kcmil Type MP-GC 15kV`, en planta medimos los siguientes parámetros bajo ICEA S-75-381 (sitio externo) (2021):

1. Ensayo dinamométrico de fuerza de pelado de semiconductora (Strip Force Test): Cortamos tiras paralelas de 12.7 mm (0.5 in) de ancho y las traccionamos a 90° a 23°C. La fuerza de desprendimiento promedió 11.4 N (2.56 lbf) con cero residuos de carbón sobre el aislamiento EPR (ICEA S-75-381 (sitio externo), 2021).
2. Extinción de descargas parciales con terminaciones de prueba Clase 1: A una tensión de 17.3 kV CA (2.0 × U0 para clase 15 kV), medimos la descarga parcial en jaula de Faraday blindada. El valor registrado fue de 1.4 pC a 1.8 pC, un 64% inferior al límite de 5.0 pC de ICEA S-75-381 (sitio externo) (2021).
3. Prueba de tensión soportada CA de 5 minutos: El 100% de las fases superó 35.0 kV CA durante 5 minutos sin perforación ni contorneo superficial en los conos de alivio (ICEA S-75-381 (sitio externo), 2021).
4. Resistividad volumétrica de las pantallas semiconductoras: Las pantallas del conductor y del aislamiento mantuvieron una resistividad inferior a 120 Ω·cm a 90°C. Esto supera ampliamente el tope de 500 Ω·cm de ICEA S-75-381 (sitio externo) (2021).

Si necesita las tablas dimensionales exactas para seleccionar kits de terminación o acopladores para sus cables Type SHD-GC, Type MP-GC o Type G-GC, escríbanos en nuestra página de contacto técnico en México.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Por qué se prefiere una terminación contráctil en frío (Cold-Shrink) sobre una termocontráctil en minas subterráneas y tajos?

Las terminaciones contráctiles en frío de silicona no requieren soplete de gas, eliminando riesgos de incendio bajo la NOM-023-STPS-2012 (sitio externo). Además, la silicona mantiene presión radial activa cuando el cable Type SHD-GC cicla térmicamente, evitando vacíos de aire en el corte semiconductor.

¿Qué ocurre si queda una traza negra de material semiconductor sobre el aislamiento EPR al preparar la terminación?

Cualquier residuo conductor de carbón adherido al aislamiento EPR más allá del escalón de corte actúa como una punta de tierra irregular. Al energizar el cable en 7.2 kV o 13.8 kV, esa mancha distorsiona el campo eléctrico y genera arborescencias superficiales (tracking).

¿En qué dirección debe lijarse y limpiarse el aislamiento EPR antes de colocar el cono de alivio de esfuerzo?

Siempre debe limpiarse desde el aislamiento EPR limpio hacia la pantalla semiconductora, nunca al revés, para no arrastrar carbón hacia el dieléctrico. El lijado con cinta de grano 120 no conductora debe ser estrictamente circunferencial y jamás longitudinal.

¿Cómo se verifican en campo las terminaciones de un alimentador Type MP-GC antes de energizar la línea a 13.8 kV?

Tras instalar las terminaciones Clase 1 conforme a IEEE Std 48, recomendamos una prueba de aceptación con Muy Baja Frecuencia (VLF a 0.1 Hz) bajo IEEE Std 400.2. Esta medición detecta cortes de navaja o mal posicionamiento del cono sin degradar el aislamiento EPR (ICEA S-75-381 (sitio externo), 2021).