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Pantalla en cables de media tensión: función, tipos y configuración de puesta a tierra
La pantalla de un cable MT no es simplemente un envoltorio protector: es un componente eléctrico activo que define el campo eléctrico, controla las descargas parciales, proporciona el retorno de corriente de falla y protege al personal. Un error en su diseño o puesta a tierra puede derivar en falla prematura del cable o en tensiones peligrosas.
IEC 60502-2
IEEE 576
Capas semiconductoras
Contenido
- Funciones de la pantalla en un cable MT
- Las capas semiconductoras: componente olvidado
- Tipos de pantalla según IEC 60502
- Configuraciones de puesta a tierra de la pantalla
- Terminaciones: zona de control de campo
- Medición del estado de la pantalla en campo
- Errores frecuentes en pantalla durante la instalación
- Pantalla vs armadura: diferencias funcionales
- Resumen y especificación de pantalla en proyecto
01Funciones de la pantalla en un cable MT
La pantalla metálica de un cable de media tensión cumple múltiples funciones simultáneas, todas esenciales para la operación segura del sistema:
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Control del campo eléctrico
La pantalla crea una superficie equipotencial alrededor del aislamiento. Sin pantalla, el campo eléctrico se concentra en irregularidades superficiales y en los puntos de contacto con tierra, generando descargas parciales (PD) que degradan el XLPE.
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Retorno de corriente de falla
En caso de falla monofásica a tierra, la corriente de falla retorna por la pantalla hacia la subestación. La sección de la pantalla debe dimensionarse para soportar esta corriente sin quemarse (ver IEC 60949).
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Seguridad del personal
La pantalla aterrada garantiza que la cubierta exterior del cable permanezca a potencial de tierra. Sin pantalla aterrada, la cubierta podría elevar su tensión respecto a tierra durante la operación normal del cable, creando un riesgo de contacto.
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Blindaje EMI
La pantalla actúa como blindaje electromagnético, atenuando las emisiones del cable hacia circuitos adyacentes y protegiendo el circuito del ruido externo (función análoga a la malla de un cable coaxial).
02Las capas semiconductoras: componente olvidado
Un aspecto técnico que se subestima en muchos proyectos es el rol de las capas semiconductoras (extruded semiconducting screens), también llamadas «semicon». Son capas de material polimérido con negro de carbono, con resistividad intermedia (entre conductor y aislante), y su función es crítica:
- Capa semiconductora interior (sobre conductor): elimina la irregularidad de la superficie del conductor trenzado. Sin ella, las puntas de los hilos individuales crearían concentraciones de campo eléctrico (efecto punta) que iniciarían descargas parciales en la interfaz conductor-XLPE.
- Capa semiconductora exterior (sobre XLPE): proporciona una superficie lisa y a potencial uniforme entre el XLPE y la pantalla metálica. Garantiza que el campo eléctrico sea radial y uniforme en todo el perímetro del cable.
- Consecuencia de daño en semicon: si la capa semiconductora exterior se daña durante la instalación (dobleces bruscos, raspaduras), se crean zonas con campo eléctrico no uniforme que generan descargas parciales aceleradas, lo que puede llevar a falla del cable en 1–3 años en lugar de 30 años de vida útil.
03Tipos de pantalla según IEC 60502
| Tipo de pantalla | Construcción | Aplicación típica | Ventajas / Limitaciones |
|---|---|---|---|
| Cinta de cobre (tape) | Cinta Cu helicoidal, típ. 0.1 mm espesor | Cables 6–33 kV, aplicación general | Económica; capacidad de falla limitada por sección |
| Hilos de cobre (wire screen) | Hilos Cu helicoidales longitudinales | Cables 10–33 kV, alta corriente de falla | Mayor sección para falla; más flexible |
| Tubo de plomo (lead sheath) | Tubo extruido de plomo sobre XLPE | Cables submarinos, enterrados en condiciones severas | Excelente barrera humedad; pesado; medioambientalmente cuestionado |
| Lámina de aluminio (foil + polymer) | Lámina Al pegada a film poliéster | Cables 6–10 kV, protección EMI | Baja capacidad de falla; buena barrera humedad |
04Configuraciones de puesta a tierra de la pantalla
La forma en que se conecta la pantalla a tierra determina las pérdidas en la pantalla (λ₁) y la capacidad de manejo de fallas. Las tres configuraciones principales son:
| Configuración | Descripción | Pérdidas en pantalla (λ₁) | Capacidad falla | Aplicación |
|---|---|---|---|---|
| Aterrizamiento sólido en ambos extremos | Pantalla conectada a tierra en S/E fuente y S/E carga | Alta (corrientes circulantes) | Máxima (retorno directo) | Cables cortos <500 m |
| Aterrizamiento en un solo extremo (single-point) | Tierra solo en extremo fuente; extremo remoto flotante con SVL | Cero (no circula corriente) | Reducida (falla retorna solo un lado) | Cables 500 m–2 km |
| Transposición cruzada (cross-bonding) | Pantallas permutadas en cajas de empalme cada 1/3 de longitud | Casi cero (se cancelan) | Buena (distribución uniforme) | Cables largas distancias >2 km |
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SVL — Limitadores de sobretensión en pantalla
En aterrizamiento en un extremo, el extremo flotante de la pantalla puede ver tensiones inducidas significativas (hasta 50–100 V/km × longitud). Para limitar esta tensión en caso de sobretensión transitoria, se instalan SVL (Sheath Voltage Limiters) — arresters de baja tensión entre la pantalla y tierra — en el extremo no aterrado.
05Terminaciones: zona de control de campo
En las terminaciones de cable MT, donde la pantalla debe ser interrumpida para conectar el conductor al equipo, se produce la mayor concentración de campo eléctrico. El diseño de la terminación incluye un «cono de alivio de estrés» (stress relief cone o SRC):
- Cono de alivio de estrés (tapón o polipiolefinico): extiende la longitud de la zona de pantalla cortada y suaviza la transición del campo, evitando la concentración de campo eléctrico en el borde cortado de la semicon exterior.
- Control de campo geométrico: en terminaciones tipo «stress cone», la forma del cono incrementa el radio de curvatura del borde de la pantalla, reduciendo el campo eléctrico hasta valores tolerables por el XLPE expuesto.
- Control de campo capacitivo: en terminaciones tipo «deflector», un electrodo interno crea un campo eléctrico de dirección controlada que «dobla» las líneas de campo de axiales a radiales, lejos del borde de la semicon.
06Medición del estado de la pantalla en campo
| Prueba | Lo que detecta | Cuando aplicar |
|---|---|---|
| Resistencia de la pantalla (DC, 4 hilos) | Continuidad de la pantalla; hilos rotos | Precomisionado y después de cada tendido |
| Aislamiento pantalla-tierra (megger) | Daño en cubierta exterior (PE); ingreso de agua | Precomisionado y después de falla o intervención |
| Tan δ de la pantalla | Humedad en la interfaz XLPE/semicon | En renovación o sospecha de envejecimiento |
| Descargas parciales (PD) en campo | Defectos en semicon, empalmes defectuosos | Post-instalación, cada 5 años en cables AT |
07Errores frecuentes en pantalla durante la instalación
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Daños en la capa semiconductora exterior — el error más costoso
Raspar o cortar accidentalmente la semicon exterior durante la preparación del cable para terminaciones o empalmes es el error más frecuente y costoso. La semicon dañada no se puede «reparar» con cinta autovulcanizante: el cable necesita un empalme de reparación o reemplazo del tramo. El daño es imperceptible en un megger convencional pero se detecta con prueba de PD. Por eso la preparación del extremo del cable para terminaciones debe hacerse con herramienta dedicada, nunca con navaja de mano libre.
08Pantalla vs armadura: diferencias funcionales
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Pantalla de cobre
Función eléctrica: control de campo + retorno de falla. Material: Cu. No proporciona resistencia mecánica longitudinal. Obligatoria en cables MT por IEC 60502-2.
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Armadura de acero (SWA/AWA)
Función mecánica: protección contra daño mecánico externo e impacto. Material: alambres/cintas de acero galvanizado o aluminio. Complementa la pantalla en cables enterrados directos o con riesgo de daño. No reemplaza la pantalla de Cu.
09Resumen y especificación de pantalla en proyecto
📋 Lista de verificación para pantalla en cables MT
- Verificar que el cable incluya capas semiconductoras interior y exterior extruidas (no envueltas), tipo «EPR» o «XS» según norma del fabricante.
- Especificar tipo de pantalla (cinta Cu / hilos Cu) con la sección suficiente para la corriente de falla máxima y tiempo de actuación de la protección (ver IEC 60949).
- Definir la configuración de puesta a tierra (ambos extremos, un extremo + SVL, cross-bonding) según la longitud del cable y las pérdidas admisibles.
- Incluir en el procedimiento de instalación el protocolo de preparación de extremos con herramienta calibrada y prueba de PD post-instalación.
- Para terminaciones, especificar kit de terminación del mismo fabricante que el cable: cone de alivio de estrés dimensionado para el nivel de tensión U_o del cable.
Referencias
- IEC 60502-2:2014 — Power cables with extruded insulation — 6/10 kV to 18/30 kV
- IEEE 576-2000 — Recommended Practice for Installation, Termination, and Testing of Insulated Power Cable
- IEC 60229:2007 — Cables — Tests on extruded oversheaths with special protective function
- CIGRE TB 110 — Sheath and jacket corrosion prevention for underground cables