Calidad y confiabilidad son las principales cualidades que deben poseer los conductores de energía eléctrica de Media y Alta Tensión para garantizar la disponibilidad de servicio. Revista ElectroIndustria consultó a académicos, fabricantes y usuarios de estos productos, así como a la SEC, para saber cuál es el panorama en Chile del mercado de cables eléctricos para la transmisión y distribución de energía.

Pensando en la fabricación de los conductores aplicados en la industria eléctrica, los materiales más frecuentemente utilizados son el aluminio, el cobre, la aleación de aluminio y la combinación de materiales, pero la elección dependerá de si el transporte de energía se realizará por línea aérea o cable subterráneo.

“Para el caso de las líneas aéreas, lo usual es el conductor de aluminio, muchas veces reforzando el centro en acero, dadas las características mecánicas que se necesitan en el tendido de la línea, flecha máxima, entre otros. Para el caso de los cables subterráneos, los materiales comúnmente empleados son cobre y aluminio por su buena conductividad, flexibilidad, resistencia a la corrosión y a esfuerzos mecánicos”, explica Javier Ríos, Profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica USM.

Al tratarse de cables subterráneos, agrega el docente, se requiere definir el medio de aislamiento, el cual puede ser PVC (policloruro de vinilo), PE (polietileno de alta o baja densidad), XLPE (polietileno reticulado) e incluso EPR (etileno propileno), donde las variables a considerar son precio, flexibilidad y, principalmente, la máxima temperatura de trabajo continuo, que normalmente se fija en 90ºC.

“En palabras simples, con los estudios de transporte de corriente (ampacidad) se busca dimensionar la sección del conductor, las pérdidas conductivas y la disipación térmica del aislamiento. Por otro lado, con la tensión eléctrica (voltaje) se apunta a determinar esfuerzos de campo eléctrico y sección del material aislante, entre otros factores; con ello, entonces, se busca establecer o determinar si será posible transportar la potencia al nivel de tensión que el sistema impone o para el que está diseñado”, destaca Ríos.

Agrega que, así como en las líneas aéreas es relevante el trazado geográfico de la línea y la franja de paso de la misma, en el caso de los cables subterráneos es necesario considerar, además, el tipo de ducto o zanja donde se alojarán los mismos y que los resguardarán durante años de la humedad, efectos climáticos varios, y de faenas cercanas que impliquen movimientos de tierra que pueden dañar los cables, producir fallas y eventuales accidentes.

En esa línea, Nelson Morales, académico del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile, asegura que, además de lo mencionado, la selección adecuada de un cable conductor debe considerar aspectos básicos como:

• Transferencia térmica: Calibre que asegure que el aislamiento nunca trabajará por encima de su clasificación térmica en condiciones normales, de sobrecarga o emergencia, o de cortocircuito.

• Regulación de tensión: Calibre que asegure que la caída de tensión se mantendrá dentro de los límites aceptables.

• Pérdidas de energía: Calibre económico óptimo.

“El cobre como material conductor es el más utilizado, debido a que su capacidad de conducción de corriente es mayor que la del aluminio, además de que sufre menor corrosión en ambientes industriales muy contaminados o salinos”, precisa.

Por tratarse de soluciones que proveen energía a grandes centros de consumo, como ciudades o plantas industriales, y que requieren una larga vida útil (40 años o más), es muy relevante la experiencia y el soporte técnico del proveedor, para definir el diseño de cable y accesorios más adecuados al proyecto y que, además, otorgue una operación eficiente.

“Los conductores se dimensionan de acuerdo a la capacidad de corriente requerida, una vez definido el sistema de puesta a tierra (ya sea mediante sistema de pantallas cruzadas o sistema de aterramiento en un extremo) y según el nivel de tensión del sistema. El uso de normas internacionales es fundamental para establecer los requisitos de los conductores, y podemos mencionar las normas europeas IEC 60840 e IEC 62067 y la norma americana ICEA S-108-720”, indica José Luis Navia, Gerente Técnico en General Cable. Por su parte, Vicente Mardones, Gerente de Ventas en Concables, asegura que, según la aplicación, hay diferentes características de fabricación de los conductores. Estos pueden ser submarinos, mineros, para el equipamiento de palas, aéreos, para las torres de Alta Tensión, armados, para zonas explosivas, para altas temperaturas, para ERNC, entre otros.

Para Navia, “la tecnología nos permite actualmente disponer de cables más compactos, ligeros, eficientes en términos del costo, con prácticamente cero costo de mantenimiento”, y en ese sentido, añade que la tendencia de cables AT y EAT es usar aislamiento en seco (XLPE extra limpio), que permite fabricar cables aislados de hasta 500kV.

Por su parte, Mardones asegura que la principal tendencia de las plantas es entregar mediante I+D productos probados y certificados a sus diferentes clientes, otorgando confianza y tecnología. “Hoy en día existe en Chile un crecimiento en los proyectos ERNC, por lo que las fábricas están interesadas en entregar conductores específicos para esta área industrial, tales como aerogeneradores y plantas fotovoltaicas, diseñando conductores especiales, como por ejemplo, de cobre estañado o de aluminio; con aislamientos más flexibles, o chaquetas resistentes a UV, etc.”, agrega.

En tanto, el académico de la Universidad de Chile reconoce que si bien los materiales utilizados en la fabricación de los conductores no han cambiado sustancialmente en los últimos años, sí es posible observar nuevos procesos tecnológicos en torno a estos:

• La aleación de aluminio-zirconio para conductores eléctricos se produce industrialmente en Japón desde la década de 1960. Se descubrió que el agregado de pequeñas cantidades de zirconio al aluminio permitía al material mantener buenas características mecánicas a altas temperaturas, con una pequeña disminución de la conductibilidad eléctrica. El compromiso óptimo entre estas dos características se encuentra con 0,1% de zirconio, que permite obtener la aleación denominada TAl (Thermalresistant Aluminium alloy).

“Esta dosificación permite obtener una aleación resistente a la temperatura permanente de 150°C (180°C por períodos breves), con una reducción de la conductibilidad limitada a cerca del 1,6%. Mayores cantidades de zirconio permiten alcanzar temperaturas de ejercicio más elevadas, pero a costa de una excesiva reducción de la conductibilidad eléctrica. Sucesivamente, fueron puestas a punto las aleaciones de aluminio-zirconio obtenidas con procedimientos especiales, que permitieron elevar las temperaturas de ejercicio a más de 200 °C”, afirma Morales.

• Otra línea de trabajo, desarrollada en Estados Unidos, consistió en reemplazar el núcleo de acero por otro de carbono y fibra de vidrio, empotrados en una matriz de resina termo fraguada de alto rendimiento, lo que se produce utilizando un proceso de poltrusión avanzado. A este núcleo estructural híbrido lo rodean helicoidalmente alambres de aluminio (1350-0) recocido de forma trapezoidal (TW) para una alta eficiencia.

La máxima temperatura de ejercicio de los conductores, vinculada directamente a las condiciones ambientales (latitud, altitud, orientación de la línea) y meteorológicas (temperatura, viento, irradiación solar), así como la capacidad de irradiar calor de la superficie de los conductores, permiten calcular la máxima corriente de ejercicio de la línea. Esta corriente se puede definir como la máxima corriente que, en las condiciones operativas específicas de línea, provoca un calentamiento tal de los conductores que no ocasiona una reducción sensible de las características mecánicas de los materiales componentes.

“Los conductores en ejercicio nunca deberían alcanzar temperaturas tan altas como para causar aumentos de flecha que ocasionen que el franco hacia tierra esté por debajo de los valores permitidos por la ley. Por esta razón, los conductores deben estar dotados de elementos estructurales que permitan mantener, incluso a altas temperaturas, variaciones de la flecha dentro de límites aceptables”, explica el académico.

• En este contexto, una de las soluciones planteadas por las fábricas, añade Morales, fue un conductor llamado compacto, trapezoidal o también tipo “TW”. Los primeros conductores trapezoidales creados fueron más compactos y de igual sección que los conductores normales, teniendo un menor diámetro y menor espacio entre las intersecciones entre los hilos del cable que conformaban el conductor. Al tener un menor diámetro, reducían el hielo impregnado en el conductor, de tal manera que el peso que soportan los conductores trapezoidales era menor que el peso que soportan conductores convencionales.

Asimismo, la resistencia a la vibración y a la fatiga que presentan los conductores trapezoidales son mayores que la que presentan los conductores convencionales.

“La nueva tendencia de los conductores trapezoidales es mantener el diámetro respecto a los conductores convencionales. El área de aluminio que presentaban los conductores trapezoidales comparada con los conductores convencionales era mayor, y debido a esto, el peso que presentan los conductores del tipo trapezoidal es ligeramente mayor que los conductores convencionales”, comenta el docente de la universidad de Chile.

Algunas de las ventajas que presentan los conductores del tipo trapezoidal sobre los convencionales del mismo diámetro son: mayor capacidad de transporte de corriente; mayor fuerza de ruptura; pueden operar a mayores temperaturas sin deterioro en sus propiedades mecánicas; y la flecha que presentan en vanos similares son menores en comparación con los conductores convencionales.

Uso de cables en transmisión eléctrica

¿Cuáles son los principales criterios de selección de un conductor?
“Para nuestros proyectos en líneas de transmisión, los criterios de selección de un conductor responden principalmente a sus características eléctricas y mecánicas, siendo estas últimas relevantes con el objeto de maximizar la utilización de las estructuras existentes de modo que podamos aumentar la capacidad de transporte eléctrico sin la necesidad de realizar reemplazos mayores de estructuras”, afirman desde la Gerencia de Alta Tensión de Enel Distribución.

Respecto de las características técnicas de los conductores utilizados, agregan, se pueden mencionar su bajo coeficiente de dilatación térmica, bajo peso y su alta resistencia a los esfuerzos de tracción entre otras. “Por su parte, para los proyectos de SS/EE, los criterios de selección al igual que las LL/TT responden a sus características eléctricas y mecánicas, destacando su capacidad de transporte, su aislación, su impermeabilidad, su nivel de combustión y su flexibilidad al momento del montaje”, precisan.

En tanto, Bladimir Rivas, Gerente de Ingeniería de Transelec, comenta que “en general, el conductor de una línea tiene como principal propósito la transmisión de la potencia de diseño de la línea, por lo cual el conductor o los conductores seleccionados, cuando se considere más de un conductor por fase, deben tener una sección tal que pueda transmitir la corriente requerida bajo las condiciones de diseño para el nivel de voltaje requerido y las condiciones climáticas de la zona donde será emplazada la línea, es decir, deben considerar la temperatura máxima ambiente, las condiciones de viento, radiación solar, altura geográfica, efecto corona y temperatura máxima de operación del conductor, además de las especificaciones técnicas indicadas por el mandante, entre otros, según sea el material con el que sea construido el conductor”.

Independientemente de lo anterior, acota, en la selección del conductor se debe tener en consideración los aspectos económicos del dis eño, ya que las características físicas de este determinan los costos de las obras civiles y estructuras, el ancho de la franja de seguridad y el costo de las pérdidas eléctricas en la línea de transmisión.

“En consecuencia, en el estudio de selección del conductor se debe determinar el material o materiales del conductor (Cobre, AAC, AAAC, ACSR, etc.), la sección mínima del mismo, atendiendo a su capacidad de corriente y su resistencia máxima que determina las pérdidas, sus características mecánicas, sus propiedades para soportar las condiciones ambientales, sus dimensiones físicas que determinan los niveles de radio interferencia, efecto corona y cargas de viento, entre otros factores”, puntualiza.

Cristian Illanes, Jefe (s) de la División de Electricidad de la SEC:

“Las actualizaciones de las normas 4 y 5
ayudarán a contar con instalaciones de mayores estándares de seguridad y calidad”

Cristian Illanes.

¿Cree que las compañías reconocen la importancia de estos productos al diseñar y construir las redes de transmisión eléctrica?
Consideramos que esa evaluación le corresponde más bien a la industria eléctrica, pues nuestra misión es velar porque la ciudadanía reciba productos y servicios eléctricos seguros y de calidad, por lo que hacia allá apuntan nuestras competencias y facultades.

¿Cuáles destacaría como buenas prácticas en la materia?
Una buena práctica es desarrollar siempre los proyectos con Instaladores Eléctricos Autorizados, sean empresas o profesionales que trabajan en forma individual, a fin de que sean éstos quienes estén a cargo de todo el proceso de diseño e instalación eléctrica. También, recomendamos, estar revisando, permanentemente, la normativa eléctrica vigente, ya que actualmente, como SEC, junto al Ministerio de Energía, estamos trabajando en la actualización y revisión de éstas. A modo de ejemplo, ya estamos en la parte final de publicación de la Norma 4 Eléctrica, y en etapa de corrección de observaciones de la Norma 5 Eléctrica, textos que estamos seguros ayudarán a contar con instalaciones eléctricas, ya sea en Baja, Media o Alta Tensión, con mayores estándares de seguridad y calidad.