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Conductores eléctricos en media tensión: características y usos de los cables XLPE y EPR

Mon, 21 Apr 2025 18:05:00 -0600

La infraestructura eléctrica moderna depende en gran medida de la calidad, tipo y correcta instalación de los conductores eléctricos, especialmente en sistemas de media tensión.

Tal como lo explicamos en nuestro artículo “Tipos de pruebas para verificación de cables de potencia en media tensión”, realizar pruebas adecuadas permite prevenir fallas.

Estos componentes no sólo permiten el transporte eficiente y seguro de la energía desde las plantas generadoras hasta los usuarios finales como hogares, industrias, comercios y hospitales, sino que también desempeñan un papel esencial en la seguridad, eficiencia y continuidad del suministro eléctrico.

¿Por qué son importantes los conductores eléctricos?

Los conductores eléctricos son el pilar de las redes de distribución de energía, y su relevancia se puede clasificar en seis aspectos clave:

Transporte de energía: transfieren electricidad desde las subestaciones eléctricas hasta los puntos de consumo.
Seguridad y protección: deben cumplir con normas específicas para prevenir fallos eléctricos como cortocircuitos, incendios o descargas.
Eficiencia energética: la conductividad de los materiales, como el cobre o el aluminio, determina la eficiencia del sistema al reducir pérdidas por efecto Joule.
Capacidad de soportar diferentes niveles de tensión: desde baja hasta alta tensión, cada aplicación exige un diseño particular.
Durabilidad y resistencia ambiental: ya que están expuestos a humedad, radiación UV, sustancias químicas y temperaturas extremas.
Flexibilidad y aplicaciones específicas: pueden instalarse en sistemas aéreos o subterráneos, dependiendo de la necesidad técnica y del entorno.

¿Qué es la media tensión?

De acuerdo con la norma IEC 60038, la media tensión abarca el rango de 1,000 V (1 kV) hasta 35,000 V (35 kV). En México, los niveles típicos de distribución de media tensión establecidos por la Comisión Federal de Electricidad (CFE) son:

4.16 kV*
13.8 kV
23 kV
34.5 kV

*El nivel de 4.16 kV es considerado un sistema tradicional, utilizado históricamente por CFE, especialmente en regiones industriales como Nuevo León, Guanajuato, Estado de México y Ciudad de México.

Tipos de instalación: aérea vs. subterránea

Los sistemas de media tensión pueden instalarse de forma aérea o subterránea:

Aéreos: pueden usar conductores desnudos o aislados, siendo los desnudos los más comunes por su bajo costo. No obstante, deben cumplir con estrictas normas de seguridad para evitar riesgos.
Subterráneos: requieren conductores aislados, debido a su exposición directa a condiciones ambientales agresivas. Son ideales cuando se busca mayor confiabilidad, seguridad y estética urbana.

Cables conductores en media tensión: cobre vs. aluminio

En media tensión, el tipo de metal conductor incide directamente en el rendimiento y la vida útil del sistema. Los dos materiales más comunes son:

Cobre: alta conductividad, resistencia mecánica y durabilidad. Es ideal para sistemas que requieren mayor estabilidad eléctrica. Sin embargo, es más pesado y costoso.
Aluminio: más ligero y económico, pero con menor conductividad. Su uso es viable en aplicaciones donde el peso y el presupuesto son factores críticos.

Tal como sucede con los cables VFD cuya instalación correcta permite alargar la vida útil de los motores al evitar sobrevoltajes e interferencias, los sistemas de media tensión también requieren una selección cuidadosa de sus componentes.

Si bien los cables VFD operan en baja tensión, su correcta integración con sistemas de media tensión debe considerar protecciones, accesorios compatibles y un diseño adecuado que garantice la continuidad operativa y evite fallas prematuras.

Aislamiento eléctrico: XLPE y EPR

El aislamiento en un conductor evita que la corriente eléctrica escape hacia el exterior. Esto previene cortocircuitos, fallas a tierra protegiendo a las personas y a los equipos.

La función principal del aislamiento eléctrico es confinar las cargas eléctricas dentro del conductor, guiándolas de manera segura hacia el punto de uso (por ejemplo, un equipo eléctrico). Cuando ocurre una falla en el aislamiento, se crea un camino no deseado para que la corriente eléctrica escape del conductor. Esto provoca un cortocircuito, ya que la corriente buscará siempre el camino de menor resistencia eléctrica.

Entre los tipos de aislamiento más utilizados en sistemas eléctricos se encuentran:

1. Aislamiento XLPE (Cross-linked Polyethylene) cuya composición es el polietileno reticulado y sus características son:

Alta resistencia térmica.
Excelente comportamiento frente a la humedad, radiación UV y sustancias químicas.
Apto para entornos industriales exigentes.
Resistente al fuego.

Este tipo de aislamiento se emplea frecuentemente en cables de media y alta tensión gracias a su durabilidad y capacidad para operar bajo condiciones extremas.

2. Aislamiento EPR (Ethylene Propylene Rubber) cuya composición es el caucho de etileno-propileno y sus características son:

Excelente flexibilidad.
Alto desempeño en ambientes húmedos.
Buena resistencia mecánica y dieléctrica.

• Ideal para zonas con exposición directa al sol, aire salino o cambios bruscos de temperatura.

El EPR es una excelente opción para instalaciones que requieren adaptabilidad en el tendido de cable y resistencia a condiciones ambientales agresivas. Además, dentro de los conductores aislados existen dos niveles de aislamiento comunes, dependiendo de las exigencias del sistema:

100% de nivel de aislamiento. Diseñado para sistemas donde el voltaje entre fases se mantiene dentro de parámetros estables y la probabilidad de sobretensiones es baja. Es ideal para aplicaciones donde se cuenta con protecciones rápidas y eficaces ante fallas.
133% de nivel de aislamiento. Recomendado para sistemas en los que las fallas pueden tardar más en despejarse o donde existen mayores riesgos de sobretensión. Proporciona un margen adicional de seguridad frente a esfuerzos eléctricos prolongados.

¿Cuál elegir?

La elección entre XLPE y EPR depende de las condiciones ambientales del proyecto. Por ejemplo, en instalaciones con alta radiación solar y humedad, el aislamiento EPR puede ofrecer una vida útil más prolongada. Por otro lado, el XLPE puede ser preferido por su estabilidad térmica y resistencia al fuego. Este aspecto es crucial, ya que elegir incorrectamente el nivel de aislamiento puede comprometer la integridad del sistema eléctrico y aumentar los riesgos de operación.

No todos los cables de media tensión son iguales… y los accesorios tampoco

Entre los accesorios más comunes en instalaciones de media tensión se encuentran:

Conectores tipo codo: diseñados para conectar directamente cables subterráneos a equipos como transformadores o celdas, ofreciendo un sistema seguro y desmontable.

Terminales en media tensión: disponibles para uso interior o exterior, aseguran el correcto aislamiento y terminación del cable, previniendo descargas parciales o fallas por contaminación.

Empalmes: permiten unir dos tramos de cable de forma segura, manteniendo la continuidad eléctrica y mecánica del sistema.

Pararrayos poliméricos o descargadores: protegen la instalación ante sobretensiones transitorias por descargas atmosféricas o maniobras.

La correcta selección de estos elementos no sólo garantiza el funcionamiento del sistema, sino que previene fallas costosas y peligrosas. Además, es fundamental que sean compatibles con el tipo de aislamiento del cable (ya sea XLPE, EPR, etc.) y que cumplan normas internacionales como IEEE 386, IEEE 404, IEC 60502-4, entre otras.

Conclusión

La correcta selección de conductores de media tensión, su aislamiento y los accesorios que los acompañan, son decisiones técnicas fundamentales que influyen en la seguridad, confiabilidad y eficiencia del sistema eléctrico.

En KINENERGY, contamos con la experiencia y el conocimiento técnico para asesorarte en la especificación y diseño de sistemas eléctricos de media tensión, baja y alta tensión alineados a las mejores prácticas internacionales y normativas mexicanas.

Si deseas más información o estás desarrollando un proyecto, déjanos tus datos para que uno de nuestros especialistas te contacte.

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Oswaldo Cruz

Ingeniero MEP Sr.

Oswaldo cuenta con más de 6 años en la coordinación y supervisión de instalaciones en edificaciones de gran magnitud, principalmente en oficinas, viviendas y centros comerciales; participó en el proyecto MITIKAH en la CDMX dentro del desarrollo del sistema anillado en media tensión del conjunto, así mismo, colaboró en el desarrollo de toda la infraestructura de instalaciones en la Torre M. Oswaldo se graduó como Ingeniero Electricista en la Escuela Superior de Ingeniería Eléctrica y Mecánica del Instituto Politécnico Nacional.

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Cables VFD y su uso para alargar la vida de los motores

Mon, 31 Oct 2022 14:42:40 -0600

Los cables para variador de frecuencia o cables VFD sirven como interconexión entre el variador de velocidad y el motor utilizado en los procesos de una planta industrial, además, su uso nos permite brindar protección contra sobre voltajes e interferencia magnética.

Estos cables nos permiten proteger nuestros equipos y sus entornos de las interferencias y corrientes parasitarias gracias a que su estructura garantiza que las señales y los impulsos sean transmitidos sin ninguna alteración.

Las características generales de un cable VFD son:

Blindaje total para impedir inducción y radiación.
Diseño de tierras simétricas para evitar corrientes inducidas.
Aislamiento robusto para soportar estrés por altos picos de voltaje.

Los variadores de frecuencia nos permiten tener un control sofisticado de los motores de corriente alterna debido a que estos posibilitan el ajuste de velocidad con precisión; éste se logra con la variación de la frecuencia al motor. Sin embargo, no se envía una frecuencia de onda pura al motor, más bien se envía una serie de pulsos, cuyo ancho varía y puede generar ruido o interferencias electromagnéticas (EMI) reduciendo la vida útil del cable e interrumpiendo el funcionamiento del sistema.

Los VFD son utilizados para alimentar motores en una variedad de aplicaciones de control de movimiento industrial, bombeo y extrusión. Los beneficios de utilizar un VFD sobre los accionamientos tradicionales incluyen un control más preciso del motor y una eficiencia energética mejorada.

Este tipo de cables de suministro de energía eléctrica-electrónica nos permiten dar forma a la tensión en los devanados de un motor y así estimular un control estricto de la velocidad del motor y de la salida de par.

El problema es que puede haber corrientes incontroladas y otros fenómenos eléctricos asociados a este suministro eléctrico conformado y si no se mitigan, pueden resultar perjudiciales para la mayoría de los componentes y sistemas de automatización que se encuentran en las proximidades del VFD.

En resumen, los cables VFD:

Aceptan como entrada la corriente sinusoidal de la alimentación eléctrica.
Rectifican (convierten) la energía de línea en corriente continua.
Utilizan transistores bipolares de puerta aislada para invertir la corriente continua, más concretamente, en trenes de impulsos modulados con precisión.

En palabras simples, los interruptores del accionamiento apagan y encienden la tensión para la corriente que hace girar al motor como si recibiera una onda sinusoidal de corriente suavemente modulada. Con esta forma de accionamiento, denominada modulación por ancho de pulsos, la velocidad de salida depende en última instancia de la frecuencia de los pulsos de corriente.

En el momento de la puesta en marcha, los devanados del estator del motor eléctrico se comportan como un inductor que construye gradualmente un campo magnético y luego pasa la corriente.

El cable que alimenta la energía eléctrica desde el VFD hasta el motor ve un desajuste de impedancia en su unión con el motor, en este caso, los excesos antes mencionados hacen que las ondas de reflexión hagan rebotar algunos de los bordes de ataque de la forma de onda de la tensión hacia el cable (hacia la electrónica de accionamiento) en la conexión de alta impedancia del cable con el motor. Es por este punto, la importancia de utilizar el cable VFD más óptimo para el funcionamiento del sistema.

Características de un cable VFD

Aislamiento de polietileno reticulado (XLPE)

Este aislamiento debe tener excelentes propiedades dieléctricas que permitan evitar la ruptura de las tensiones de voltaje y corriente, descargas de corona, etcétera. El aislamiento de polietileno reticulado nos ayuda a reducir los efectos potenciales de los armónicos y nos proporciona un rendimiento eléctrico estable que reduce paradas en el sistema ocasionados por el fallo del cable y prolonga la vida útil de la instalación, cabe destacar que el polietileno reticulado (XLPE) es la opción recomendada, frente a los cables de polietileno o PVC estándar.

Pantalla con cobertura 100%

La pantalla con cinta de aluminio-poliéster solapada y trenza de hilos de cobre estañado con una cobertura del 100% de los conductores que rodea nos permite asegurar un apantallamiento total, ésta cumple la función de evitar que el ruido generado por el cable VFD se escape.

Geometría del cable

Se recomienda la distribución simétrica de los conductores de tierra, para reducir los efectos de las corrientes inducidas; esta simetría crea características eléctricas más uniformes en el cable, proporciona un sistema de puesta a tierra más equilibrado.

Seguridad adicional en caso de incendio

Se recomienda la instalación de cables VFD cuyo aislamiento exterior tenga cero contenidos de halógenos y baja emisión de humos en caso de incendio. De este modo se protegen las vidas humanas y los equipos electrónicos.

¿Cuáles son los beneficios por usar cables VFD?

Reducción del efecto corona.
Reducción en el desgaste y deterioro en la cubierta y asilamiento.
Mayor soporte en los picos de tensión y variaciones de voltaje.
Reducción del ruido eléctrico hacia el exterior como al interior, esto gracias a la pantalla helicoidal.
Se minimiza el efecto de onda reflejada, generado por las diferencias de impedancia que existen entre el cable y el aislamiento del motor.
Minimiza las distorsiones armónicas hacia el motor.
Se reducen potenciales defectos en el motor, por ejemplo, en el bobinado o rodamiento mecánico.
Posee una alta confiabilidad en instalaciones con grandes distancias entre el motor y el variador.
Mejora el control del proceso.
Tiene mayor confiabilidad.
Mejora la seguridad.
Mejora el factor de potencia.

¿En dónde podemos aplicar el uso de los cables VFD?

El uso de cables para variadores de frecuencia VFD es común en instalaciones fijas, motores o bombas de velocidad variable, estos son de utilidad para aplicaciones de control y mando de los variadores, electroválvulas, arranque de máquinas, regulación de temperatura, intensidad y tensión en válvulas motorizadas que son utilizadas en los equipos instalados en plantas industriales, edificios, centros informáticos, aeropuertos o mejor dicho en donde sea necesario evitar los campos de interferencia electromagnética y sus efectos adversos en nuestros sistemas.

Las industrias donde se recomienda el uso de este tipo de cables son: industria alimenticia, plantas de generación de energía, industria automotriz, sistemas de aire acondicionado, cementeras, industria del acero, farmacéutica, entre otras.

Cuando debemos conectar motores con controladores VFD en nuestros proyectos siempre recomendamos utilizar este tipo de cables porque en caso de utilizar cables normales que solo sirven para una misma señal de frecuencia, es decir, para un encendido y apagado, servirán por poco tiempo, pues se verán dañados por las corrientes parasitas que salen del motor y esto llevará a un mayor número de paros por mantenimiento y gastos extras.

Algunas pruebas en sitio que se les pueden hacer a los cables son:

Pruebas de continuidad: permiten asegurar que los conductores y las pantallas son continuos a lo largo de la trayectoria y permite también confirmar la identificación de fases.

Pruebas de aislamiento con un VLF: la prueba de muy baja frecuencia (VLF) para cables de media y alta tensión es un método para verificar la integridad del aislamiento del cable. Esta prueba posibilita la detección de daños de aislación en el menor tiempo posible sin afectar la calidad del material de aislación.

Pruebas de descargas parciales: el propósito de la prueba de descarga parcial es verificar que el aislamiento del cable esté libre de descargas parciales por encima de una magnitud especificada a un voltaje especificado, esta descarga parcial puede tener lugar o no junto al conductor.

Conclusiones

Este tipo de cables son ideales para conectar motores con controladores VFD, aquellos que varían la frecuencia de la señal y el voltaje para regular al mismo tiempo la velocidad del motor de corriente alterna. Los cables VFD son los únicos cables que logran reducir significativamente la interferencia, además, soportan el aislamiento de tres o más veces el voltaje típico nominal y evitan la perdida de energía al optimizar el consumo de la misma.

Es importante que el cable que conecte al motor con el variador no sea cualquier cable industrial estándar, pues estos solo sirven para una misma señal de frecuencia, es decir, para un encendido y apagado. Estos cables comunes servirán por poco tiempo pues se verán dañados y se necesitará un mayor número de paros en el sistema para realizar el mantenimiento, mismo que implicará un gasto extra durante la operación de tu negocio.

Los variadores de frecuencia VFD los utilizamos en aplicaciones de procesos en HVAC, en operaciones generales de bombas, compresores y calderas; también son esenciales para el funcionamiento de una serie de sistemas discretos de automatización industrial que emplean motores eléctricos y otros equipos que pueden beneficiarse del aumento de la eficiencia.

El éxito de la aplicación de estos variadores de frecuencia VFD depende de la consideración de sus efectos eléctricos y electrónicos perjudiciales en los componentes y sistemas conectados y contiguos, razones por las cuales, es de vital importancia la correcta selección y utilización de los cables VFD.

En KINENERGY traducimos tus necesidades de hoy y mañana en ingeniería confiable, entendible y aplicable, seleccionando las mejores soluciones para tus proyectos. ¡Escríbenos para hablar de tu proyecto!

Fuentes:

¿Qué es un cable para variadores de frecuencia VFD / EMC?, https://www.topcable.com/sites/es-lat/cables-vfd/, último acceso (31/10/2022).

Cómo abordar el ruido de los VFD y los motores con cables especiales, https://www.digikey.es/es/articles/addressing-vfd-and-motor-noise-with-specialty-cable, último acceso (31/10/2022).

¿Cómo reducir la interferencia electromagnética?, https://www.topcable.com/sites/es-pe/reducir-interferencia-electromagnetica/, último acceso (31/10/2022)

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Importancia de los generadores de emergencia en sincronía (parte 2)

Mon, 14 Jun 2021 20:32:42 -0500

Como se mencionó en la primera entrega de este artículo, un punto importante para asegurar la continuidad en el suministro de energía eléctrica es contar con un sistema de respaldo por medio de generadores de emergencia. Así mismo, se hizo la recomendación de que este sistema opere mediante generadores eléctricos en sincronía.

Pero ¿cómo operan estos generadores y por qué es importante realizar una adecuada sincronización de ellos?

Cuando se tienen dos generadores en paralelo la potencia activa y la potencia reactiva del sistema es la suma de los aportes de cada uno de los generadores; cuando ocurre una variación de velocidad en cualquiera de estos y se tienen cambios en la frecuencia de ellos, provoca que un generador suministre más potencia activa que el otro.

Al incrementar la corriente de campo de alguno de los generadores, se incrementa el voltaje interno de éste, es decir, aumenta el voltaje en las terminales y el aumento en el suministro de potencia reactiva, mientras disminuye la potencia reactiva suministrada por el otro generador.

Para poder lograr un adecuado funcionamiento de estos sistemas es de vital importancia llevar a cabo una sincronización adecuada, ya que las repercusiones de no hacerlo pueden incluir:

Efecto ángulo de fase

Un excesivo ángulo de fase puede causar un agudo golpe en las máquinas cuando el interruptor opera en estas condiciones y en algunos casos puede ser causa de estrés o desbalance de los motores. Cada ciclo de sincronización en estas condiciones puede acumular fatiga al motor reduciendo su vida útil de manera considerable; la suma de todas las fatigas individuales da como resultado la fatiga total del motor. Es importante recordar que la relación entre la sobrecarga mecánica y la fatiga no es lineal, es decir, un pequeño aumento de la sobrecarga redunda en un aumento considerable de la fatiga.

Efecto de una excesiva frecuencia

Los accidentes de operación que ocurren con frecuencia son la inversión de fases; puede ocurrir que el relé de sincronización automática cierre un interruptor cuando la diferencia de fase es la indicada, pero puesto que el tiempo de cierre del interruptor es constante, este puede cerrar fuera del ángulo indicado. Hay que recordar que la energía cinética del generador depende de la velocidad de giro, por lo tanto, en el momento de entrar a la barra común ocurrirá un intercambio de energía considerable, puesto que se obliga al generador a mantenerse en la frecuencia del otro, reduciendo la vida útil del generador que entra. También, es probable que la frecuencia de oscilación de la excitación coincida con la frecuencia natural de resonancia del cigüeñal del generador, un error de frecuencia puede ser causa de disturbios en un sistema de potencia, si la oscilación excede los límites de estabilidad puede ocasionar daño a otros equipos.

Efecto de un elevado voltaje de generador

Al momento que opera el interruptor es posible que alguna diferencia de voltaje provoque flujos de reactiva entre los generadores. Si el generador entrante tiene un elevado potencial mayor al del sistema, el generador suple de potencia real. Si bien es cierto que diferencias de potencial de hasta un 20% no afectan de forma significativa la sincronización de un generador a una barra común, sí es posible que el flujo de reactiva del generador pueda dañar el estator por sobrecalentamiento.

No te pierdas la continuación de nuestro artículo en la que se hablará de los métodos para realizar la sincronización de un generador eléctrico.

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Alfredo Carpio

Supervisor eléctrico

Alfredo cuenta con mas de 3 años de experiencia en diseño y supervisión de proyectos de instalaciones eléctricas de baja y media tensión implementados en México. Alfredo es egresado de Ingeniería Eléctrica en la ESIME unidad Zacatenco IPN.

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Importancia de los generadores de emergencia en sincronía

Thu, 10 Jun 2021 22:42:20 -0500

Cuando se tiene un sistema eléctrico que alimenta cargas eléctricas críticas, como es en el caso de un hospital, data center o una planta de operaciones de manufactura, es importante y necesario diseñar un sistema eléctrico que cuente con energía de respaldo de manera independiente a la red eléctrica de la empresa suministradora y/u otra acometida; es importante que provenga desde otra red de distribución para garantizar un servicio continuo que nos permita seguir alimentando dichas cargas críticas.

Un punto importante para asegurar la continuidad en el suministro de energía eléctrica es que este sistema de respaldo cuente con generadores de emergencia, normalmente, se considera un solo generador para respaldar el sistema eléctrico.

Para el caso de sistemas eléctricos con cargas críticas se recomienda que los sistemas de emergencia consideren varios generadores sincronizados que permitan respaldar el sistema eléctrico que alimenta estas cargas.

Si se utiliza un solo generador y por alguna razón éste llegará a fallar se perdería totalmente el respaldo de energía eléctrica y lo mismo sucedería cuando el generador requiriera de algún mantenimiento preventivo. En cambio, sí el sistema eléctrico cuenta con varios generadores, se incrementa la confiabilidad ya que, si en algún momento se requiere respaldar por medio de los generadores de emergencia el suministro eléctrico y se llegará a presentar alguna falla en cualquiera de los generadores, no habría pérdida total de potencia en la carga.

Una de las ventajas de tener generadores que operan en sincronía es que permite que alguno de estos pueda quedar fuera de sincronía y del sistema para realizar el mantenimiento preventivo. Para contar con estas condiciones es necesario realizar la sincronización de los generadores eléctricos.

La sincronización de generadores eléctricos en paralelo consiste en poner en las mismas condiciones los parámetros de los generadores eléctricos a sincronizar. Una mala sincronización puede ocasionar fallas en los motores, así como algún daño en los equipos del sistema eléctrico.

Condiciones necesarias para sincronizar generadores

Los valores de nivel de tensión de los dos generadores deben ser de la misma magnitud.

Los dos generadores en paralelo deben tener la misma secuencia de fase.

Los ángulos de fase deben ser similares.
La frecuencia de ambos generadores se debe de encontrar en el mismo valor.

Si quieres conocer cómo operan estos sistemas, ¡no te pierdas la segunda parte de este artículo!

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