Cables de alimentación de alto voltaje: cómo elegir el aislamiento y los valores nominales de voltaje

Un cable XLPE de 26/35 kV no sustituye a un cable de PVC de 0,6/1 kV. Cuando las especificaciones de un proyecto requieren un alimentador de media tensión, un aislamiento o tamaño de conductor incorrectos pueden producir sobrecalentamiento sostenido, averías prematuras y reemplazos de cables no planificados. Considere una carga de 20 MVA a 35 kV: la corriente de línea es de aproximadamente 330 A. Un conductor de cobre de 150 mm² con aislamiento XLPE puede transportar esa corriente en el aire, pero el mismo conductor de aluminio necesitaría una sección transversal mayor para alcanzar la misma ampacidad. La primera pregunta no es "qué marca", sino "qué construcción" para el voltaje de funcionamiento real, la carga ambiental y el método de instalación. Esta guía se centra en cables de alimentación de alta tensión en el rango de media tensión (hasta 35 kV) y ofrece criterios de selección prácticos que pueden utilizar los ingenieros y gerentes de adquisiciones.

¿Qué significa "alto voltaje" en los cables de alimentación?

En los estándares internacionales, la baja tensión suele cubrir hasta 1 kV, la media tensión va de 1 kV a 35 kV y la alta tensión comienza por encima de 35 kV. Sin embargo, en la práctica industrial y de servicios públicos, el término "cable de alimentación de alto voltaje" se utiliza a menudo para cualquier cable de más de 1 kV que sirva a circuitos de distribución o transmisión. En este artículo, nos centramos en el rango de 1,8/3 kV a 26/35 kV, que cubre la mayoría de las redes de media tensión industriales y de servicios públicos. Los sistemas de mayor voltaje (66 kV y superiores) dependen de diferentes diseños de cables, pero la lógica de selección fundamental sigue siendo similar. Comprender la clase de voltaje es esencial porque determina el espesor del aislamiento, el diseño del blindaje y el método de prueba. Un cable de 26/35 kV tiene un diámetro exterior aproximadamente el doble que el de un cable de 8,7/15 kV para el mismo tamaño de conductor, lo que afecta el radio de curvatura y el ancho de la zanja.

Detalles clave de construcción para inspeccionar

Un cable de alimentación de alta tensión se compone de cuatro capas distintas: conductor, pantalla del conductor, aislamiento y pantalla de aislamiento, seguidas de una pantalla metálica y una funda exterior. Cada capa tiene una función definida. El conductor debe tener una resistencia que cumpla con IEC 60228 clase 1 o clase 2. La pantalla del conductor y la pantalla aislante suavizan el campo eléctrico y evitan descargas parciales. La pantalla metálica sirve al mismo tiempo como vía de retorno para corrientes de defecto y como pantalla electromagnética. La funda exterior puede ser de PVC, PE o un compuesto retardante de llama, según las condiciones de instalación. Preste atención al material del conductor: el cobre ofrece una menor resistencia CC para la misma sección transversal, mientras que el aluminio reduce el peso y el coste. En un cable de 26/35 kV, las secciones transversales de 50 mm² a 300 mm² son comunes y se deben aplicar factores de reducción cuando los cables se agrupan, entierran o instalan en ambientes cálidos. Las pantallas semiconductoras deben extruirse y unirse firmemente al aislamiento; de lo contrario, se desarrollarán huecos y una descarga parcial acabará erosionando el aislamiento.

Aislamiento XLPE vs PVC para media y alta tensión

El material aislante determina cuánta tensión térmica y eléctrica puede soportar un cable. XLPE (polietileno reticulado) es la opción predeterminada para cables de alimentación de media y alta tensión porque puede soportar una temperatura del conductor continuo de 90 °C y una temperatura de emergencia de hasta 130 °C. El PVC, por otro lado, suele estar limitado a una temperatura continua de 70°C. Para circuitos de 0,6/1 kV, el PVC sigue siendo económico, pero para circuitos de 26/35 kV, XLPE es casi estándar. La Tabla 1 compara las características clave. En el campo, elegir entre estos materiales es a menudo la primera decisión que afecta el comparación de aislamiento XLPE y PVC .

Selección de clasificación de voltaje: 8,7/15 kV y 26/35 kV

Las clasificaciones de voltaje se escriben como U ₀ /U, donde U ₀ es la tensión fase-tierra y U es la tensión fase-fase. Para un cable de 26/35 kV, U ₀ es de 26 kV y U es de 35 kV. En la práctica, se utiliza un cable XLPE de 26/35 kV para la distribución de energía desde subestaciones de 35 kV, mientras que los cables de 8,7/15 kV sirven a alimentadores interiores industriales y los cables de 12/20 kV son comunes en las redes de distribución urbana. Seleccionar una tensión nominal superior a la tensión nominal del sistema no necesariamente mejora la confiabilidad; puede aumentar el costo y reducir la flexibilidad. La clasificación correcta es la que coincide con el voltaje operativo máximo del sistema y la configuración de conexión a tierra del neutro. Por ejemplo, un sistema con una tensión nominal de 35 kV y un neutro efectivamente conectado a tierra puede recibir servicio mediante un cable de 26/35 kV, mientras que un sistema neutro aislado o sin conexión a tierra puede requerir un nivel de aislamiento más alto. Por lo tanto, verifique siempre el nivel de aislamiento con el ingeniero de diseño.

Elegir la sección transversal del conductor adecuada

La selección de la sección transversal del conductor es un equilibrio entre ampacidad, caída de voltaje y capacidad de cortocircuito. La ampacidad está limitada por la temperatura máxima del conductor, que es de 90 °C para XLPE. Un conductor de cobre de 150 mm² en el aire tiene una ampacidad aproximada de 360 ​​A a 90 °C, pero cuando se entierra en el suelo a 25 °C con una resistividad térmica de 1,2 K·m/W, la ampacidad puede caer por debajo de 300 A. Se debe verificar la caída de voltaje para tramos largos; una caída de tensión del 1% a 35 kV normalmente permite una longitud de cable mayor que a 0,6/1 kV. Para cortocircuitos, el conductor no debe exceder la temperatura máxima permitida durante el tiempo de eliminación de la falla. Una guía estándar establece que los conductores de cobre pueden soportar una densidad de corriente de cortocircuito de aproximadamente 100 A/mm² durante 1 segundo bajo aislamiento XLPE. Estos cálculos determinan la sección transversal mínima y la adquisición nunca debe aceptar un conductor más delgado sin un cálculo térmico documentado.

Dónde se utilizan cables de alimentación de alto voltaje

Los cables de alimentación de alto voltaje se encuentran dondequiera que la energía eléctrica deba moverse a distancia. Las redes eléctricas utilizan cables XLPE de 26/35 kV para conectar subestaciones y transformadores reductores.

Cable de alimentación aislado XLPE para distribución de media y alta tensión Este cable de polietileno reticulado se adapta a redes urbanas, plantas industriales e infraestructuras. Su aislamiento avanzado mejora la resistencia al envejecimiento y al medio ambiente, lo que lo convierte en una opción confiable para una transmisión de energía confiable a distancia. Ver producto →

Las plantas industriales instalan cables de 8,7/15 kV para alimentar grandes motores y paneles de distribución de energía. Los sistemas de transporte ferroviario utilizan cables de alimentación dedicados para alimentar las subestaciones de tracción.

Cable de alimentación libre de halógenos y bajo nivel de humo para el transporte ferroviario urbano Diseñado para sistemas de metro y tren ligero, este cable de 35 kV ofrece retardo de llama y protección contra termitas y roedores. Cumple con estrictos requisitos de seguridad para entornos subterráneos y de vías, y admite una potencia de tracción confiable. Ver producto →

Los proyectos de energía renovable también dependen de estos cables: una granja solar puede utilizar cables fotovoltaicos para recolectar corriente continua de los paneles y alimentar un inversor central.

Cable fotovoltaico para transmisión de energía solar CC Diseñado para paneles solares, este cable resiste los rayos UV, la intemperie y el ozono. Su conductor de cobre estañado y su aislamiento LSZH garantizan un rendimiento estable en condiciones exteriores, contribuyendo a la eficiencia a largo plazo de los sistemas de energía renovable. Ver producto →

Consideraciones de calidad y pruebas

Se debe probar un cable de alimentación de alto voltaje confiable antes de salir de fábrica. Las pruebas de rutina incluyen medición de la resistencia del conductor, prueba de descarga parcial al voltaje declarado, prueba de resistencia del aislamiento y prueba de resistencia a la tensión de frecuencia industrial. Para cables de 26/35 kV, la prueba de descarga parcial no debe mostrar ninguna descarga local por encima del límite especificado. Además, las pruebas de muestra verifican las dimensiones, el espesor del aislamiento y las propiedades mecánicas. Las pruebas de aceptación del sitio generalmente implican una prueba de corriente continua de alto voltaje o una prueba de corriente alterna resonante, según el sistema de cable. Insista en recibir los informes de prueba de cada carrete. También verifique que la fábrica tenga la certificación requerida, como ISO 9001 y certificaciones de producto para el mercado previsto.

Consideraciones prácticas de compra

Al comprar cables de alimentación de alto voltaje , haga un inventario de las siguientes variables: longitud del cable, tamaño del cilindro de entrega, radio de curvatura requerido, profundidad de instalación y temperatura ambiente. Para entierro directo, utilice cables con doble armadura de cinta de acero o capa de armadura de alambre. Para bandejas de cables o túneles, se necesita una funda ignífuga para reducir la propagación del fuego. El radio de curvatura suele especificarse entre 12 y 15 veces el diámetro exterior del cable para XLPE. La suciedad, la humedad y los daños mecánicos son las tres causas más comunes de fallos prematuros en los cables de media tensión. Además, compare los factores de reducción térmica para diferentes rutas. Un cambio en las condiciones de instalación del aire al suelo puede reducir la ampacidad entre un 20 y un 30 %. Recuerde que el costo total de propiedad incluye el cable, la instalación y el costo de la falla, así que elija un proveedor que pueda proporcionar documentación de prueba confiable y de calidad constante.

La elección de un cable de alimentación de alto voltaje es una decisión de ingeniería basada en el voltaje del sistema, el material de aislamiento, el tamaño del conductor y el entorno de instalación. Comience con la especificación y luego valide la capacidad de prueba y el historial del proveedor. Un fabricante de cables confiable con certificación ISO 9001 y TÜV puede proporcionar la documentación y la coherencia necesarias para proyectos de servicios públicos, industriales y renovables. Nuestro equipo produce cables de alimentación de media y alta tensión desde 1998 y agradecemos sus preguntas técnicas. Conozca más sobre nuestro experiencia en fabricación .