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Poryoyo shiUn terminador termorretráctil restaura la integridad del aislamiento en el punto donde termina un cable eléctrico, pero el problema técnico más complejo se encuentra una capa por debajo: gestionar el campo eléctrico que se genera cuando termina el blindaje aislante del cable.
El control de tensiones es la capa de diseño —geométrica, capacitiva o una combinación de ambas— que gestiona este campo para que se mantenga dentro de la capacidad dieléctrica de los materiales circundantes, en lugar de concentrarse en un único punto hasta perforar el aislamiento o provocar un efecto de rastreo superficial.
En un cable de media tensión extruido en fábrica, hay tres capas que funcionan conjuntamente: el conductor, el aislamiento primario (normalmente XLPE o EPR) y un blindaje aislante semiconductivo adherido al aislamiento y conectado a tierra. Ese blindaje mantiene el campo eléctrico radialmente simétrico alrededor del conductor, del mismo modo que un cable coaxial mantiene su campo entre los conductores interior y exterior. El campo se mantiene uniforme siempre que el blindaje sea continuo.
Un remate requiere retirar ese apantallamiento a lo largo de un tramo determinado para dejar al descubierto el aislamiento sin recubrimiento para el conector. En el momento en que se corta el apantallamiento, se rompe la simetría del campo. Justo en el borde del corte, las líneas de campo que antes se distribuían uniformemente alrededor del conductor se agolpan ahora en un volumen de aislamiento mucho más pequeño —un punto de concentración de tensiones en lugar de uno en el que estas se distribuyen adecuadamente—. En un cable de clase de 15 kV, la concentración de campo no controlada en este borde puede superar con creces la capacidad de resistencia continua del aislamiento, razón por la cual todos los diseños de terminación —por contracción en frío, por contracción térmica o por encaje a presión— incorporan un elemento de control de tensiones directamente sobre este punto de corte, en lugar de tratarlo como una simple transición mecánica.
El control de tensiones es una función distinta de las dos que se suelen atribuir a un terminador: el aislamiento y el sellado. Un terminador puede sellar perfectamente contra la humedad y, aun así, fallar eléctricamente durante su primer año de vida si la geometría de control de tensiones en el punto de recorte no se adapta al grosor del aislamiento del cable o a su clase de tensión. Por eso los kits de contracción en frío se especifican por clase de tensión (normalmente en los rangos de 8,7/15 kV o 26/35 kV) y por rango de diámetro del conductor y del aislamiento, y no como un único manguito universal: la geometría moldeada en el kit debe ajustarse a las condiciones de campo para las que está diseñado.
En el borde de la pantalla semiconductora, el campo eléctrico ya no se distribuye radialmente, sino que se vuelve tangencial y muy irregular, alcanzando un pico pronunciado justo en el punto donde termina la pantalla. Esto es una consecuencia geométrica de la eliminación de una superficie conductora conectada a tierra situada inmediatamente junto a un sistema de aislamiento que sigue transportando todo el potencial de fase a tierra. El campo no se debilita gradualmente al alejarse del conductor, como ocurre bajo un apantallamiento intacto; en cambio, alcanza un pico local en la discontinuidad, llegando a menudo a varias veces la intensidad de campo presente bajo el aislamiento del cable no alterado a una corta distancia.
La descarga parcial —una pequeña ruptura eléctrica localizada que no atraviesa completamente el aislamiento, pero que, aun así, erosiona el material cada vez que se produce— comienza cuando la intensidad de campo local en el borde de la pantalla supera el umbral de inicio de la descarga del aislamiento circundante o de la interfaz entre el aire y el aislamiento. En un cable de distribución típico de clase de 15 kV que funciona a la tensión normal del sistema, un punto de corte no controlado puede hacer que la intensidad de campo localizada alcance un rango en el que se inicie la actividad de descarga parcial a niveles que nunca se darían en la parte intacta y apantallada del cable; esta es la razón fundamental por la que el control de tensiones no es opcional en las clases de tensión de media tensión. Cada evento de descarga erosiona una cantidad microscópica de material, y los ciclos repetidos a lo largo de meses o años dan lugar a un árbol eléctrico que, con el tiempo, atraviesa un espesor de aislamiento suficiente como para provocar una descarga en el aire.
La relación entre la clase de tensión y el rendimiento requerido en materia de control de tensiones no es lineal. Un terminal en un sistema de 35 kV no solo necesita “más” gradación que uno en un sistema de 8,7 kV: la geometría y la permitividad del elemento deben diseñarse específicamente para ese campo de funcionamiento más elevado, ya que el margen entre la tensión normal del sistema y la tensión de inicio de descarga se reduce a medida que aumenta la clase de tensión. Esta es la razón física por la que los kits de contracción en frío se comercializan como productos específicos para cada clase de tensión: la geometría que gestiona adecuadamente la concentración de campo a 8,7/15 kV resultaría insuficiente para una aplicación de 26/35 kV.
Existen dos métodos de ingeniería que resuelven el mismo problema de concentración de campo en el punto de recorte del cable, y la mayoría de los terminales de contracción en frío utilizan uno de ellos o una combinación de ambos, en función de la clase de tensión y del diseño del terminal.
Un cono de tensión geométrico funciona ampliando físicamente la distancia de transición efectiva entre la malla conectada a tierra y el aislamiento expuesto. En lugar de un corte brusco, el perfil moldeado del cono crea un límite conductor que se ensancha gradualmente y que distribuye el campo a lo largo de un recorrido físico más extenso, reduciendo así la intensidad máxima del campo en cualquier punto concreto. Este enfoque se basa exclusivamente en la forma; no se requieren propiedades dieléctricas especiales más allá del elastómero base (normalmente caucho de silicona o EPDM) que ya se utiliza en el cuerpo termorretráctil en frío. El control geométrico es habitual en terminaciones de la clase de 8,7/15 kV, donde la distancia de dispersión del campo requerida se mantiene dentro de una longitud de cono viable.
El control de tensiones por refracción, o capacitivo, se basa, en cambio, en un compuesto con una permitividad significativamente superior a la del aislamiento del cable circundante —a menudo en un rango de permitividad relativa varias veces superior a la del XLPE—. Esa diferencia de permitividad redistribuye el campo de forma eléctrica en lugar de mecánica: el material de alta permitividad atrae las líneas de campo hacia sí mismo y las libera de forma más gradual a lo largo de su longitud, aplanando el pico que, de otro modo, se formaría en el borde del apantallamiento. Este método permite un perfil de terminación más compacto, lo cual es importante a medida que aumenta la clase de tensión y resulta más difícil acomodar el espacio físico necesario para un estrechamiento geométrico prolongado.
| Parámetro | Cono de tensión geométrico | Refractivo (capacitivo) |
|---|---|---|
| Clase de tensión típica | 8,7/15 kV | 15 kV–35 kV y superiores |
| Mecanismo | Alargamiento físico del recorrido | Permitividad (εr) clasificación por desajuste |
| Perfil de terminación | Mayor longitud del cono | Longitud axial más compacta |
| Sensibilidad a los errores de instalación | Moderada — tolerancia en la posición del cono | Más alto: la colocación del compuesto y un contacto sin huecos son fundamentales |
En la práctica sobre el terreno, algunos kits de 26/35 kV combinan ambos mecanismos —una conicidad geométrica más corta junto con una capa refractiva— para mantener la longitud total de la terminación dentro de un rango práctico, sin dejar de cumplir con el rendimiento de gradación en campo que exige la clase de tensión más alta. Ninguno de los dos métodos es intrínsecamente superior; la elección correcta depende del espesor del aislamiento del cable, del espacio de instalación disponible y del diseño validado por el fabricante del kit para esa clase de tensión específica, más que de una regla general genérica.
Los fallos en el control de tensiones rara vez se detectan durante la puesta en servicio. Un terminador con un cono mal colocado o una capa refractiva adherida de forma incompleta suele superar sin problemas las pruebas iniciales de alta tensión o de resistencia de aislamiento, ya que el defecto es una concentración de campo localizada, no un problema de aislamiento general —y las pruebas centradas en el aislamiento general no siempre son lo suficientemente sensibles como para detectarlo—. El fallo se desarrolla posteriormente, bajo tensión de funcionamiento normal, en un plazo que puede oscilar entre unos pocos meses y varios años, dependiendo de cuánto se desviara la instalación de la geometría correcta.
En un patrón recurrente observado sobre el terreno, un terminal termorretráctil de 15 kV falla mucho antes de lo previsto —a veces en los primeros 12 a 18 meses— y la inspección posterior al fallo permite determinar que el origen del fallo se encuentra en un cono de tensión que se colocó unos milímetros por debajo de la posición especificada sobre el recorte de la malla. Ese pequeño error de posicionamiento deja una pequeña franja del borde de la malla fuera de la zona de nivelación de campo del cono, recreando así el punto exacto de concentración que el cono estaba diseñado para eliminar. La firma del fallo —una traza carbonizada que se origina en un punto específico, en lugar de una degradación difusa del aislamiento— es un indicador diagnóstico claro de que la geometría de control de tensiones, y no el aislamiento del cable en su conjunto, fue la causa principal.
El proceso que lleva de un elemento de control de tensión mal aplicado a un fallo total suele pasar por tres etapas. En primer lugar, la actividad de descargas parciales comienza en el punto de concentración no controlado, a menudo a niveles de tensión que la descarga no alcanzaría en ningún otro punto de un cable correctamente terminado. En segundo lugar, cada ciclo de descarga carboniza una cantidad microscópica de material aislante, lo que prolonga una trayectoria de rastreo visible —comúnmente denominada «árbol eléctrico»— hacia el interior del espesor del aislamiento. En tercer lugar, una vez que el árbol eléctrico puentea una fracción suficiente del recorrido de aislamiento restante, la reducción de la capacidad de resistencia provoca una descarga en el aire, normalmente durante un transitorio de tensión —como una conmutación o una sobretensión provocada por un rayo— más que bajo una carga en estado estacionario.
Dado que las descargas parciales a esta escala no producen ningún signo externo visible y solo provocan un cambio marginal y difícil de detectar en la corriente de fuga, los equipos de campo y los propietarios de las instalaciones no suelen recibir ninguna advertencia antes de que se produzca un fallo, a menos que la instalación cuente con un sistema de monitorización continua de descargas parciales —algo poco habitual en instalaciones de distribución fuera de las subestaciones de mayor tamaño—. Este es el argumento práctico para acertar con el posicionamiento del control de tensiones ya en el momento de la instalación, en lugar de confiar en la detección posterior.
El control de la tensión de contracción en frío funciona exactamente según lo previsto solo cuando la geometría de la instalación coincide con la validada por el fabricante durante los ensayos de tipo, lo que convierte a las dimensiones de la preparación del cable y a la posición del cono en las dos variables que determinan más directamente si una terminación aguantará los 20-30 años de vida útil previstos.
Cada kit de termorretráctil incluye una hoja con las dimensiones de preparación del cable: hasta dónde pelar la cubierta exterior, dónde cortar la malla semiconductora y hasta qué punto biselar o ahusar ese borde cortado. Estas dimensiones no son arbitrarias: el cono de tensión o el tubo refractivo están moldeados para situarse a una distancia específica del corte de la pantalla, y un error de preparación de tan solo 5-10 mm puede desplazar el cono de su posición prevista con respecto al punto de concentración del campo que debe gestionar. En la práctica sobre el terreno, el error de preparación más habitual es cortar la pantalla demasiado cerca del conector, lo que deja un aislamiento expuesto insuficiente para que el cono se asiente correctamente y obliga a los instaladores a compensar de formas para las que el kit no fue diseñado.
Antes de desenrollar el núcleo extraíble y dejar que el cuerpo de silicona se colapse sobre el cable, los instaladores comprueban la posición del cono comparándola con las líneas de referencia marcadas por el fabricante; la mayoría de los kits de termorretracción en frío llevan marcas de alineación impresas directamente en la preparación del cable o incluyen una herramienta de marcado independiente para este fin. Un cono que se encuentre incluso ligeramente adelantado o retrasado con respecto a su marca de referencia en esta fase aún se puede corregir; una vez retirado el núcleo y cuando el cuerpo se ha colapsado por su propia memoria elástica, por lo general no es posible cambiar su posición sin cortar el kit y empezar de nuevo con uno nuevo.
| Error | Consecuencia | Punto de control de calidad |
|---|---|---|
| El corte de la pantalla está demasiado cerca del conector | No hay espacio suficiente para los asientos en forma de cono | Comprobación dimensional previa a la instalación |
| Se ha retirado el núcleo antes de confirmar la alineación | El cono se ha atascado en una posición incorrecta | Inspección visual antes de la puesta en servicio |
| Superficie del aislamiento contaminada o rayada | Formación de vacíos en la zona de control de la tensión | Inspección de la superficie durante la preparación |
| Se ha seleccionado una clase de tensión incorrecta para el kit | Geometría de nivelación del terreno con dimensiones insuficientes | Comprobación cruzada entre la placa de características y el kit |
El diseño para el control de tensiones por contracción en frío no se valida únicamente con la experiencia sobre el terreno: los fabricantes de kits demuestran el rendimiento de sus productos siguiendo protocolos de ensayo de tipo reconocidos internacionalmente antes de que una familia de productos se comercialice para su uso en red de media tensión, y los equipos de compras encargados de adquirir los terminales deben exigir esta documentación, en lugar de dar por buenas las afirmaciones del servicio técnico sobre el terreno.
La norma IEC 60502-4 regula los métodos de ensayo y los requisitos para los accesorios utilizados en cables de potencia con tensiones nominales de entre 1 kV y 30 kV, y es la norma a la que se recurre con mayor frecuencia para los ensayos de terminaciones termorretráctiles, ya que abarca el comportamiento frente a descargas parciales, la resistencia a impulsos y el comportamiento frente a ciclos térmicos del conjunto completo —incluido su elemento de control de tensión— en lugar de evaluar el control de tensión de forma aislada. En el caso de las terminaciones que se extienden a clases de tensión más elevadas, la norma IEC 60840 abarca los accesorios de cables con tensiones nominales superiores a 30 kV y de hasta 150 kV, con criterios de aceptación de impulsos y descargas parciales correspondientemente más exigentes.
Una prueba de tipo no garantiza que todas las unidades de producción vayan a funcionar de forma idéntica; esa es la función de las pruebas rutinarias que se realizan sobre el 100% de la producción antes de su envío. En cambio, el ensayo de tipo valida la propia geometría de control de tensiones: una terminación de muestra, fabricada con las dimensiones y materiales exactos especificados en la producción, se somete a mediciones de descargas parciales bajo tensión elevada (normalmente entre 1,5 y 2,0 veces la tensión nominal para la detección de descargas parciales), seguidas de ensayos de resistencia a impulsos a niveles correspondientes al nivel básico de aislamiento contra impulsos del cable (BIL). Un diseño que supera estas pruebas ha demostrado que su geometría de gradiente de campo mantiene la actividad de descarga por debajo del umbral aplicable, incluso en condiciones de ensayo más severas que la tensión de servicio normal.
Los equipos de compras que evalúen a los proveedores de fundas termorretráctiles en frío pueden solicitar, con razón, el certificado de ensayo de tipo correspondiente a la clase de tensión y al tamaño de cable específicos que se vayan a adquirir, ya que un certificado para una clase de tensión o un rango de conductores no se aplica automáticamente a otros: la geometría es específica de cada clase de tensión, tal y como se ha explicado anteriormente en esta guía. Los compradores pueden consultar el Norma IEC 60502-4 sobre ensayos de accesorios para cables directamente en relación con los requisitos específicos de ensayo que debe acreditar el certificado de un proveedor.
La geometría de control de tensiones es uno de los detalles que distingue a una terminación que funciona de forma fiable durante más de 20 años de otra que falla en su primer ciclo de servicio, y no es algo que deba dejarse en manos de una simple búsqueda en un catálogo genérico. Si estás especificando accesorios para cables termorretráctiles Para un próximo proyecto de distribución, el equipo técnico de ZeeyiElec puede confirmar el tipo de control de tensión adecuado y el tamaño del kit en función del grosor del aislamiento de su cable y de la clase de tensión antes de que confirme su pedido.
Para los proyectos que aún están valorando la tecnología de terminación en términos generales, nuestro Guía de selección de accesorios para cables analiza en detalle el marco de decisión completo para todas las clases de tensión y entornos de instalación, así como nuestra comparación de Tecnologías de contracción en frío frente a contracción por calor aborda las diferencias que existen entre ambos en lo que respecta a las consideraciones sobre el control del estrés.
Abastecimiento en todo un accesorios para transformadores o accesorios para cables ¿Necesitas un paquete para una implantación en varias instalaciones? Facilítanos las especificaciones de los cables, la clase de tensión y las condiciones de cada instalación, y te enviaremos información técnica junto con un presupuesto; además, si lo solicitas, te proporcionaremos la documentación de las pruebas correspondientes a la clase de tensión específica que necesites.
Yoyo Shi
[email protected]
El control de tensiones es la capa diseñada —geométrica o capacitiva— que distribuye o atenúa el campo eléctrico concentrado en el punto en el que se recorta el blindaje aislante de un cable, evitando así la ruptura dieléctrica localizada en dicha interfaz.
Al cortar la pantalla se produce una discontinuidad brusca entre las superficies conectadas a tierra y las que no lo están, lo que concentra el campo eléctrico en ese borde a un nivel muy superior a la tensión normal de funcionamiento del cable, especialmente en sistemas de media tensión de la clase de 15 kV a 35 kV.
El control geométrico de la tensión utiliza un cono elastomérico moldeado para distribuir físicamente el campo a lo largo de un recorrido más extenso, mientras que el control refractivo (capacitivo) utiliza un compuesto de alta permitividad para redistribuir el campo eléctricamente; la elección depende, por lo general, de la clase de tensión y del tipo de terminación.
En las terminaciones de baja tensión de hasta aproximadamente 1 kV, por lo general no es necesario controlar las tensiones, pero en los sistemas de media tensión por encima de unos pocos kV, omitir este control suele provocar una actividad acelerada de descargas parciales y fallos prematuros.
Por lo general, los equipos comprueban la posición del cono o del tubo comparándola con las dimensiones de preparación del cable indicadas por el fabricante e inspeccionan visualmente que el contacto sea completo y sin huecos en toda la zona recortada de la malla antes de cerrar la terminación.
Los primeros indicios rara vez son visibles desde el exterior; las averías suelen manifestarse en forma de descargas parciales detectables mediante pruebas de diagnóstico o, más adelante, como marcas de rastreo y calentamiento localizado que se observan durante una inspección posterior a la avería.
Sí: los aislamientos de XLPE y EPR tienen propiedades dieléctricas diferentes, por lo que un elemento de control de tensiones validado para un tipo de aislamiento no es automáticamente adecuado para el otro sin que el fabricante confirme la compatibilidad para esa combinación específica.
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