Solid, Cross y Single-Point Bonding

Por: Pablo Troya Coveñas

Conexión a Tierra en Pantallas de Cables:
La correcta conexión a tierra (bonding) de las pantallas metálicas en cables de alta tensión es crucial. No solo afecta la capacidad de corriente (ampacidad) del cable, sino que también es un factor clave para la seguridad. Te explico los tres métodos principales y normativa de referencia para determinar cual el más adecuado en cada instalación.

Normativa de referencia:

IEC 60287-1-1 Electric cables – Calculation of the current rating – Part 1-1: Current rating equations (100 % load factor) and calculation of losses – GeneralIEC 60287-1-1:2023 = Homóloga a la UNE 21144-1-1
CIGRÉ TB-283 SPECIAL BONDING OF HIGH VOLTAGE POWER CABLES-SPECIAL BONDING OF HV CABLES
IEEE 575:2014 – «IEEE Guide for Bonding Shields and Sheaths of Single Conductor Power Cables Rated 5 kV through 500 kV» (Status: inactive – Reserved).

Hay haber más normativa/publicaciones y estudios relacionados indirectamente con este tema como los artículos de Electra que menciona tanto en la IEEE 575 como Cigre 283:

1. The design of specially bonded cable systems, Electra n.º 28 (1973)
2. The design of specially bonded cable systems. Part II, Electra n.º 47 (1976)
3. Guide of the protection of specially bonded cable systems against sheath overvoltages, Electra n.º 128 (1990)

Como nota antes de describir los métodos cabe mencionar que las pérdidas en las pántallas se deben a dos corrientes diferentes, Corrientes circulantes (λ`)y Corrientes de Foucault (λ«)

Las pérdidas totales se determinan de tal forma que: λ=λ`+λ« (UNE 21144-1-1 Punto 2.3)

Solid Bonding:

Este método consiste en conectar la pantalla del cable a tierra en ambos extremos del tramo.

• ¿Cómo funciona? Al conectar las pantallas en ambos puntos, se crea un circuito cerrado. El campo magnético del conductor induce una alta corriente en la pantalla, lo que genera calor y reduce la capacidad del cable.
• Ventaja principal: La tensión inducida en los extremos es cero, por lo que en los puntos accesibles no existe riesgo para el personal. En la longitud del cable sí existe tensión inducida, de forma que en el punto medio se da su máximo valor (en MT las uniones son simples y enterradas normalmente (No accesibles), no es un requisito cumplir tensiones inducidas)
• Desventaja principal: Corrientes circulantes (λ) generan calor reduciendo la capacidad del cable. Las pérdidas por Foucault (λ``) se desprecian → λ=λ
• Ideal para: Muy común en Media tensión (longitudes medias y largas)

Cross Bonding:

Aquí, el tramo de cable se divide en tres secciones iguales o muy similares, y las pantallas se trasponen de fase en las cámaras de empalme. Solo se conectan a tierra en los extremos del tramo completo.

• ¿Cómo funciona? El cruce de las pantallas provoca que las tensiones inducidas en cada sección se cancelen entre sí.
• Ventaja principal: La corriente inducida es casi nula, lo que maximiza la ampacidad. Las pérdidas en la pantalla son despreciables, las corrientes de circulación(λ`) se anulan y solo circulan corrientes de Foucault (λ)→ λ=λ. Se diseña para que la tensión se mantenga en niveles bajos y seguros (En régimen permanente normalmente por debajo de 65 V en lugares accesibles).
• Desventaja: Coste extra cámaras de empalme, cajas de conexión y descargadores en puntos de trasposición.
• Ideal para: Tramos de longitud media (entre 500 y 1000-1500 metros) en líneas largas a partir de 66kV, también empleado en MT para cumplir con el requisito de tensión inducida.

Single-Point Bonding:

En esta configuración, la pantalla del cable se conecta a tierra en un solo extremo.

• ¿Cómo funciona? Al no existir un circuito cerrado, no hay corrientes circulantes (λ`), solo circulan corrientes de Foucault (λ)→ λ=λ .Esto permite que el cable opere a su máxima capacidad térmica (ampacidad).
• Ventaja principal: Se generan tensiones inducidas en el extremo no conectado a tierra.
• Desventaja: Necesidad de instalar descargadores en extremo opuesto.
• Ideal para: en líneas cortas a partir de 66kV.

Hemos hablado de las tensiones inducidas, ¿pero como se calculan?, es una práctica habitual empelar las expresiones dadas en la IEEE 575 y en el artículo 283 de Cigré , estas son calculadas tanto en régimen permanente (<65V) como en caso de cortocircuito (se suele emplear el valor límite de 9000V a falta del valor máximo indicado en la ficha técnica del conductor).

La limitación de 65 voltios es ampliamente aplicada en España en las pantallas de los cables se aplica específicamente a los puntos de conexión que son accesibles al personal. El valor lo impone la norma Endesa «KRZ001 Especificación Particular – Líneas Subterráneas de Alta Tensión» → «En los puntos donde se conecten las pantallas y esta conexión sea accesible, las tensiones inducidas no podrán separar los 65 voltios». Esta medida de seguridad busca prevenir el riesgo de descargas eléctricas a los operarios que puedan manipular o trabajar en las inmediaciones de estas conexiones.

En otros paises según la IEE 575 los límites reglamentarios difieren:

• Japón→ 200V
• EEUU→ 65-90V (Existe una tendencia a aumentar el límite en la última década).Hasta 100-200V en condiciones normales y 447V en condiciones de emergencia.
• Canadá →Hasta 100V en condiciones normales y 300-400V en condiciones de emergencia.
• Italia→ 25V
• Noruega → 60V

Como resulta lógico cuanto mayor sea la sección de la pantalla menores serán las tensiones inducidas para unas condiciones de instalación y proyecto dadas al tener una resistencia menor.

Trataré otros métodos menos aplicados de puesta a tierras más adelante en otras publicaciones.

Artículo realizado por el Ing. Pablo Troya Coveñas a quien agradecemos por compartir esta información. Recomendamos seguirlo por Linkedin.