Cables de alta y extra alta tensión: Factores clave de diseño y últimas innovaciones en materiales

El mundo avanza rápidamente hacia energías más limpias y redes eléctricas modernas. A medida que los países invierten en energías renovables y sistemas de transmisión de mayor tamaño, crece la demanda de cables de alta tensión (AT) y extraalta tensión (EMA). Estos cables sirven de base para la transmisión de alta capacidad y larga distancia. Sin ellos, las ciudades y la industria no podrían recibir fácilmente electricidad de parques eólicos, centrales solares o proyectos hidroeléctricos distantes.

Cables de alto voltaje vs. cables de extra alto voltaje

Para comprender su importancia, conviene comprender la diferencia entre los cables de AT y EMA. Los cables de alta tensión se utilizan principalmente para la transmisión de electricidad entre regiones y ciudades. Pueden transmitir una corriente eléctrica intensa a una distancia media.

Los cables de extraalta tensión son mucho más avanzados. Pueden manejar niveles de potencia mucho mayores. Por eso se utilizan para transmisiones de larga distancia y alta capacidad. Los cables de extraalta tensión se utilizan a menudo en proyectos transregionales o en cables submarinos que conectan el suministro eléctrico entre países.

Factores clave de diseño

Los cables de AT y EHV tienen una arquitectura compleja. Es necesario elegir cuidadosamente cada componente del cable para obtener el mejor rendimiento, seguridad y precio.

Estructura del conductor

El conductor es el corazón del cable. Generalmente está hecho de cobre o aluminio. El cobre es conocido como el mejor conductor de electricidad, pero es más pesado y caro. Si bien el aluminio es más ligero y económico, requiere una sección transversal mayor para transportar la misma corriente.

Los ingenieros suelen tomar decisiones basadas en las necesidades técnicas y financieras del proyecto. Las características mecánicas y eléctricas del conductor deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar la tensión durante la instalación y la operación de cables de gran tamaño.

Materiales de aislamiento

El aislamiento protege al conductor contra averías. El material más común es el XLPE (polietileno reticulado). El XLPE ofrece numerosas ventajas, como alta resistencia al calor y excelente rendimiento eléctrico. Otros tipos de aislamiento incluyen el papel impregnado en gas o aceite, aunque son menos comunes hoy en día.

XLPE se ha convertido en la principal opción a nivel mundial porque ofrece eficiencia, durabilidad y, lo más importante, es más fácil de instalar.

Blindaje y revestimiento

El blindaje y la cubierta exterior son las dos capas más importantes. El blindaje metálico ayuda a mantener estable el campo eléctrico dentro del cable, lo que reduce el riesgo de avería. La cubierta exterior protege contra el agua, la oxidación y otros tipos de daños, como los mecánicos.

Para muchos proyectos, la cubierta exterior debe ser capaz de soportar productos químicos y el clima, especialmente en el caso de cables que pasan bajo el agua o bajo tierra.

Estabilidad mecánica y térmica

Al transportar grandes cantidades de energía, los cables se calientan y se expanden. Los diseñadores deben controlar la expansión térmica y asegurarse de que el cable pueda soportar estas tensiones. Al mismo tiempo, el cable debe cumplir con los requisitos de resistencia mecánica durante su tendido, ya sea en aguas profundas o en túneles subterráneos urbanos.

Innovaciones materiales

Los materiales para cables han avanzado mucho en los últimos años. Estas nuevas ideas están cambiando la forma en que se fabricarán los cables de alta y media tensión en el futuro.

Para reducir la pérdida dieléctrica y aumentar la resistencia a la tensión, se ha desarrollado XLPE de alto rendimiento. Esto mejora el funcionamiento de los cables y aumenta su durabilidad en largas distancias. Otro campo prometedor es el aislamiento nanocompuesto. Al añadir nanopartículas al material, los fabricantes pueden crear un aislamiento con mayor resistencia al envejecimiento y al calor.

También existe una tendencia hacia materiales de revestimiento ecológicos. Los diseños modernos utilizan compuestos de baja emisión de humo, libres de halógenos, ignífugos y reciclables. Estos materiales son más seguros para las personas y mejores para el medio ambiente.

Fabricación y control de calidad

El proceso de fabricación de cables de AT y EAT no es tan sencillo. Es fundamental que los procesos de extrusión y reticulación se realicen correctamente, ya que incluso un pequeño error puede causar una falla en la instalación. Por eso es fundamental el control de calidad, que incluye pruebas de descargas parciales y de resistencia a la tensión.

Normas internacionales como IEC, GB e IEEE contribuyen a la regulación del proceso de producción. Estas normas garantizan que los cables se ajusten a las necesidades globales.

Casos de aplicación

Los cables de AT y EHV han desempeñado un papel fundamental en numerosos proyectos. Por ejemplo, los proyectos de transmisión de UHV de China se encuentran entre los más grandes del mundo. Han demostrado que los cables EHV pueden transportar energía renovable desde lugares remotos hasta las grandes ciudades.

Los cables submarinos conectan las redes eléctricas entre países, lo que ayuda a controlar la oferta y la demanda. Además, se están mejorando las redes subterráneas de alta tensión en las ciudades para satisfacer la creciente demanda sin alterar la estética de la zona.

Tendencias futuras

La investigación sobre cables superconductores y nuevos materiales de aislamiento continuará en el futuro. A medida que las energías renovables se popularicen, también aumentará la necesidad de cables de alta y media tensión fiables. La industria avanzará hacia sistemas de cables más inteligentes y conectados gracias a la monitorización digital y la tecnología de redes inteligentes.

Conclusión

Los cables de alta y extraalta tensión son más que simples cables. Son fundamentales para la transición energética mundial y para que las redes eléctricas sean más resistentes, limpias e inteligentes. La competencia seguirá basándose en la innovación de materiales, ya que los nuevos diseños permiten un funcionamiento mejor, más seguro y más sostenible.