Cable (N)TSKCGEWOU de 6.6 kV con conductores de potencia, tierra y control

Cables portátiles para palas eléctricas a cielo abierto: guía técnica

Una pala eléctrica de cables (de izaje) recibe su energía por un cable portátil de varios miles de volts que la acompaña en cada traslado dentro del tajo. En México, la NOM-023-STPS-2012 (sitio externo) pide que los cables de alimentación de la maquinaria móvil sean flexibles y de uso rudo, que estén sujetos firmemente a la máquina y que no queden tensados mecánicamente. La NOM-001-SEDE-2012 (sitio externo) excluye de su alcance la maquinaria móvil autopropulsada de minería superficial y su cable de alimentación (1.2.2 (sitio externo)). Aun así, la parte C de su Artículo 400, sobre cables portátiles de más de 600 V, y su sección 250-188, sobre la puesta a tierra de los sistemas de más de 1,000 V que alimentan equipo portátil o móvil, siguen siendo una referencia técnica útil para este tipo de cable.

Esta guía reúne esos requisitos, explica qué cambia cuando el cable trabaja en un carrete y enumera los datos que conviene preparar antes de pedir un cable.

Cómo recibe energía una pala eléctrica

Las palas eléctricas de cables trabajan con alimentación trifásica de varios miles de volts. La especificación general de la pala Komatsu 4100XPC AC (sitio externo) indica 7,200 o 13,800 V a 60 Hz, o 6,000, 6,600, 7,200 u 11,000 V a 50 Hz, según los requisitos del cliente. La especificación de la pala Cat 7495 HydraCrowd (sitio externo) indica 7,200 V y anota que el cable de alimentación («trail cable») lo suministra el cliente. Es decir, la mina compra ese cable por separado.

Esas tensiones superan con mucho los 600 V por encima de los cuales la parte C del Artículo 400 de la NOM-001-SEDE-2012 trata los cables portátiles. También superan los 2,000 V del tipo G-GC, que la Tabla 400-4 de la misma norma clasifica como «Cable de energía portátil». Por eso el cable de una pala no debe confundirse con un G-GC.

La norma ICEA S-75-381 (ANSI/NEMA WC 58-2017) (sitio externo) incluye en su alcance los cables portátiles para palas y máquinas mineras. Abarca cables portátiles de hasta 25,000 V, en clases de 2,000 V o menos, de 2,001 a 5,000 V y de 5,001 a 25,000 V. Entre otros tipos, define el G-GC y el tipo SHD-GC, que lleva conductores de potencia blindados individualmente, dos conductores de puesta a tierra y un conductor de verificación de tierra.

Qué cambia cuando el cable trabaja en un carrete

Un estudio de 1980 elaborado para la Oficina de Minas de Estados Unidos (USBM) (sitio externo) sobre el manejo de cables en minas de superficie describe los carretes motorizados montados en el equipo: sueltan cable cuando la máquina avanza y recogen la holgura cuando retrocede. Según el estudio, pueden reducir el manejo manual del cable y, con ello, los accidentes. Son más comunes en palas eléctricas grandes, dragalinas y perforadoras de barrenos. Algunos operadores citados en el estudio afirman que el carrete reduce el desgaste del cable lo suficiente para pagarse en un plazo relativamente corto.

En un comunicado de 2019, Liebherr anunció un carrete de cable opcional para todas sus excavadoras de accionamiento eléctrico (sitio externo), por la mayor movilidad que da a la máquina y el menor personal necesario para mover el cable. Según el comunicado, ese carrete es autónomo y admite de 245 a 300 m de cable, según el modelo de excavadora.

Las reglas de la MSHA para minas metálicas y no metálicas de superficie de Estados Unidos van en la misma dirección. El cable sobrante de palas, grúas y equipos similares debe guardarse en botes portacables («cable boats») o en carretes montados en el equipo, o protegerse de otra forma contra daños mecánicos (30 CFR 56.12039 (sitio externo)).

El carrete no elimina el esfuerzo sobre el cable; lo cambia de forma. El mismo estudio de la USBM compara formas de mover el cable. Arrastrarlo en grandes lazos detrás de un vehículo es, en general, más seguro para las personas que cargarlo a mano en trineos o camiones, aunque menos que recogerlo con carretes montados en el equipo. Además, es mucho más duro para el cable: desgasta la cubierta y provoca cortes por roca y posibles torceduras. Con un carrete, el cable se enrolla y desenrolla con cada avance y retroceso de la máquina, así que pesan su flexibilidad y el radio de curvatura con que trabaja. Como referencia, para los cables portátiles de más de 600 V la NOM-001-SEDE-2012 pide que los radios mínimos de curvatura durante la instalación y la manipulación en servicio sean los adecuados para evitar daños (400-34).

Lo que piden las normas mexicanas

La NOM-023-STPS-2012 se aplica a las instalaciones eléctricas de las minas a cielo abierto. La NOM-001-SEDE-2012, en cambio, excluye de su alcance la maquinaria móvil autopropulsada de minería superficial y su cable de alimentación (1.2.2), aunque su Artículo 490 incluye las palas móviles entre el equipo portátil o móvil de alta tensión y pide que el cable flexible de ese equipo cumpla con el Artículo 250 y con la parte C del Artículo 400 (490-51 y 490-56). Por eso la tabla separa los requisitos de la NOM-023-STPS-2012 de los apartados de la NOM-001-SEDE-2012 que sirven de referencia técnica.

La NOM-023-STPS-2012 añade que las instalaciones eléctricas de las minas a cielo abierto deben ser aprobadas por un ingeniero electricista o electromecánico. Solo personal capacitado y autorizado por el patrón debe trabajar en ellas (9.9.8 y 9.9.16). El catálogo de normas de la Secretaría de Economía (sitio externo) mantiene la NOM-001-SEDE-2012 como vigente, aunque su revisión sistemática del 24 de julio de 2023 concluyó en «Modificación». El Programa Nacional de Infraestructura de la Calidad 2026 (sitio externo) la inscribe entre las normas oficiales mexicanas a ser modificadas. Conviene revisar el DOF antes de cada proyecto.

Tierra y verificación de tierra

La NOM-001-SEDE-2012 trata este punto en su sección 250-188, sobre los sistemas que alimentan equipo portátil o móvil de más de 1,000 V; para una pala autopropulsada es una referencia técnica, por la exclusión del apartado 1.2.2. Según esa sección, el equipo se debe alimentar de un sistema con el neutro puesto a tierra a través de una impedancia. Durante la máxima corriente de falla a tierra, la tensión entre el bastidor del equipo y tierra no debe superar 100 V.

La misma sección exige detección de fallas a tierra con protección por relevadores. Además, la continuidad del conductor de puesta a tierra de equipos se debe monitorear de forma continua, para desenergizar automáticamente el circuito cuando se pierda. Los cables móviles deben cumplir la parte C del Artículo 400, y sus acopladores, la sección 490-55. En la mina, la NOM-023-STPS-2012 pide que los planos indiquen los calibres de los conductores, incluidos los de puesta a tierra, y los dispositivos de detección de fallas a tierra (9.9.3).

Las referencias internacionales coinciden. En las minas de carbón de superficie de Estados Unidos, todo sistema de alta tensión con puesta a tierra por resistencia debe incluir un circuito de verificación de tierra a prueba de fallas, u otro dispositivo no menos eficaz aprobado por la autoridad (30 CFR 77.803 (sitio externo)). Ese circuito abre el interruptor si se rompe el conductor de tierra o el de verificación, y la misma parte 77 llama alta tensión a cualquier tensión mayor de 1,000 V (30 CFR 77.2 (sitio externo)). El repertorio de recomendaciones prácticas de la OIT sobre minas a cielo abierto (2018) (sitio externo), que no es jurídicamente vinculante, recomienda un dispositivo automático que corte la corriente si se interrumpe el conductor a tierra del cable.

La construcción del cable debe acompañar a esa protección. La Tabla 400-4 de la NOM-001-SEDE-2012 incluye en el tipo G-GC un conductor de verificación de tierra, y la norma ICEA S-75-381 lo incluye en el tipo SHD-GC. Al pedir un cable, indique cómo monitorea la mina la continuidad de la tierra, porque de eso depende que el cable lleve un conductor de verificación.

Manejo y protección en el tajo

Un análisis de NIOSH (sitio externo) sobre lesiones eléctricas en la minería de Estados Unidos entre 2000 y 2009 contó 865 lesiones, 39 de ellas mortales. Los cables de arrastre aparecen en el 8.9 % de los 856 casos revisados. El 91 % de esas lesiones ocurrió en minas de carbón, sobre todo con equipo móvil subterráneo, y el 71 % mientras se manipulaba el cable. En dos casos mortales, el chasis de un equipo móvil quedó energizado después de golpear y dañar un cable de arrastre. Aunque los datos no corresponden a minas a cielo abierto de México, muestran dónde se concentra el riesgo.

Las reglas de la MSHA para minas metálicas y no metálicas de superficie de Estados Unidos (30 CFR, parte 56) atienden esos dos puntos. No se debe pasar con equipo móvil sobre los conductores de energía ni arrastrar cargas sobre ellos, salvo que estén protegidos con puentes o de otra forma (56.12005 (sitio externo)). Los cables energizados a más de 150 V de fase a tierra solo deben moverse con equipo si se usan trineos o eslingas aislados del equipo. A mano deben moverse con ganchos, tenazas, cuerdas o eslingas, todos aislados, salvo que otros medios protejan a las personas. La propia máquina sí puede arrastrar su cable si está sujeto con dispositivos mecánicos adecuados y aislado del equipo (56.12014 (sitio externo)).

La OIT recomienda tender los cables de modo que no sean dañados ni pisados y colocarlos sobre soportes en zonas inundadas. También recomienda retirar del servicio lo antes posible los cables con daño mecánico.

Datos para cotizar un cable para pala

Para recomendar un cable, necesitamos:

• el modelo de la pala o del equipo, y su tensión y frecuencia de alimentación;
• el sistema de puesta a tierra de la mina y cómo monitorea la continuidad de la tierra;
• el número y la sección de los conductores de potencia, de tierra y de control;
• la longitud total del cable y la que trabaja en el carrete o se arrastra;
• el tipo de manejo: carrete montado en el equipo, carrete independiente o cable arrastrado;
• las condiciones del tajo: agua, roca, temperatura y cruces con equipo móvil;
• las normas que exige la mina, como NOM-001-SEDE-2012 o ICEA S-75-381, y el tipo de acoplador.

Con esos datos podemos proponer una construcción y confirmar los valores técnicos con su ingeniería eléctrica. Puede enviarlos desde nuestra página de contacto.