Guía de Cálculo de Ampacidad de Cables Subterráneos y Relleno Térmico: IEC 60287, Neher-McGrath y Resistividad del Suelo
Guía de Cálculo de Ampacidad de Cables Subterráneos y Relleno Térmico: IEC 60287, Neher-McGrath y Resistividad del Suelo
Domine el cálculo de ampacidad de cables subterráneos según IEC 60287 y Neher-McGrath. Aprenda sobre resistividad térmica del suelo, corrección por bancos de ductos y relleno FTB.
1. Introducción: La Realidad Termodinámica de la Distribución Eléctrica Subterránea
En la transición de circuitos de transmisión y distribución desde líneas aéreas hacia infraestructuras subterráneas, el factor limitante principal cambia radicalmente: se pasa de una refrigeración por convección y radiación atmosférica a una disipación de calor por conducción en estado sólido. En una línea aérea, el calor por pérdidas Joule ($I^2R$) se disipa con rapidez gracias al viento natural. Por el contrario, los cables de potencia subterráneos enterrados se encuentran confinados dentro de capas de aislamiento dieléctrico, pantallas metálicas, cubiertas protectoras y suelos geológicos con una resistividad térmica significativamente más alta.
Operar un circuito subterráneo por encima de su equilibrio térmico eleva la temperatura del conductor más allá de los límites continuos admisibles: 90°C para polietileno reticulado (XLPE) y caucho etileno-propileno (EPR), o 70°C para policloruro de vinilo (PVC). El sobrecalentamiento prolongado acelera la degradación térmica del polímero, incrementa las pérdidas dieléctricas, provoca la migración de humedad en el terreno circundante y puede desencadenar un colapso catastrófico por desbocamiento térmico (Thermal Runaway).
Para determinar con precisión la capacidad de transporte de corriente en régimen permanente (ampacidad) y las sobrecargas cíclicas de emergencia, es imprescindible modelar matemáticamente la red de resistencia térmica entre el conductor y el terreno virgen. Esta guía técnica detalla los marcos analíticos de la norma IEC 60287 y el método Neher-McGrath, analiza la dinámica de resistividad térmica del suelo ($\rho_s$), establece factores de corrección por agrupamiento en zanjas y bancos de ductos, y describe la especificación del Relleno Fluido Térmico (FTB, Fluidized Thermal Backfill).
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| RED DE RESISTENCIA TÉRMICA ESCALONADA |
| |
| Conductor (Calor Joule: I²R + Pérdidas Dieléctricas Wd) |
| | |
| [ T1 ] Aislamiento y Pantallas Semiconductoras |
| v |
| Pantalla Metálica / Cinta de Cobre (Pérdidas: λ1) |
| | |
| [ T2 ] Asiento / Cubierta Interna |
| v |
| Armadura Metálica (Pérdidas: λ2) |
| | |
| [ T3 ] Cubierta Exterior (PE / PVC) |
| v |
| Superficie Exterior del Cable |
| | |
| [ T4 ] Espacio de Aire / Relleno Térmico / Suelo |
| v |
| Terreno Circundante Imperturbable (Temperatura θ_amb) |
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2. Metodologías Analíticas de Cálculo: IEC 60287 frente a Neher-McGrath
Dos estándares rigen internacionalmente el dimensionamiento térmico de cables subterráneos: la serie IEC 60287 (adoptada ampliamente en Europa, Asia, África y Latinoamérica) y el método Neher-McGrath (normalizado en IEEE Std 835 e integrado en el Código Eléctrico Nacional NFPA 70 / NEC Artículo 310).
2.1 La Red Térmica Escalonada según IEC 60287
La norma IEC 60287 modela el cable y su entorno mediante una analogía electro-térmica aplicando la ley de Fourier. Para un cable trifásico o tres cables de media tensión unipolares bajo corriente alterna constante, la corriente admisible $I$ (en Amperios) se calcula mediante:
$$I = \left[ \frac{\Delta \theta - W_d [0.5 T_1 + n(T_2 + T_3 + T_4)]}{R_{ac} T_1 + n R_{ac} (1 + \lambda_1) T_2 + n R_{ac} (1 + \lambda_1 + \lambda_2)(T_3 + T_4)} \right]^{0.5}$$
Donde: * $\Delta \theta = \theta_c - \theta_a$: Incremento admisible de temperatura en el conductor sobre la temperatura ambiente del terreno (°C o K). Para XLPE, $\theta_c = 90^\circ\text{C}$; con $\theta_a = 25^\circ\text{C}$, $\Delta \theta = 65\text{ K}$. * $R_{ac}$: Resistencia eléctrica en corriente alterna por unidad de longitud a la temperatura máxima $\theta_c$ ($\Omega/\text{m}$), considerando efecto piel ($y_s$) y proximidad ($y_p$). * $W_d$: Pérdidas dieléctricas por unidad de longitud en el aislamiento ($\text{W/m}$), función de la tensión de fase $U_0$, capacidad $C$ y factor de pérdidas dieléctricas $\tan \delta$. * $T_1$: Resistencia térmica por unidad de longitud entre el conductor y la pantalla metálica ($\text{K}\cdot\text{m/W}$). * $T_2$: Resistencia térmica por unidad de longitud entre la pantalla y la armadura ($\text{K}\cdot\text{m/W}$). * $T_3$: Resistencia térmica de la cubierta exterior protectora ($\text{K}\cdot\text{m/W}$). * $T_4$: Resistencia térmica externa entre la superficie del cable y el terreno circundante imperturbable ($\text{K}\cdot\text{m/W}$). * $n$: Número de conductores cargados en el cable ($n=1$ para unipolar, $n=3$ para tripolar). * $\lambda_1$: Relación entre pérdidas en la pantalla metálica y pérdidas totales en los conductores. * $\lambda_2$: Relación entre pérdidas en la armadura y pérdidas totales en los conductores.
2.2 Formulación Neher-McGrath (IEEE 835 / NEC)
Desarrollada en 1957 por J.H. Neher y M.H. McGrath, emplea una formulación semianalítica:
$$I = \sqrt{\frac{T_c - (T_a + \Delta T_d)}{R_{dc} (1 + Y_c) R_{ca}'}}$$
Donde: * $T_c$: Temperatura máxima de operación del conductor (°C). * $T_a$: Temperatura ambiente del terreno (°C). * $\Delta T_d$: Elevación de temperatura debida a pérdidas dieléctricas (°C). * $R_{dc}$: Resistencia en corriente continua del conductor a $T_c$ ($\mu\Omega/\text{ft}$). * $Y_c$: Factor global de incremento de pérdidas por efecto piel, proximidad y corrientes de pantalla. * $R_{ca}'$: Resistencia térmica efectiva entre el conductor y el terreno ($\text{thermal-ohm-ft}$), integrando el calentamiento mutuo.
2.3 Comparación Técnica
| Parámetro de Diseño | IEC 60287-1-1 / IEC 60287-2-1 | Neher-McGrath / IEEE Std 835 |
|---|---|---|
| Ámbito Principal | Internacional (IEC, BS, DIN, EN) | Norteamérica y regiones bajo norma NEC |
| Modelado de Pérdidas | Cálculo explícito y desacoplado ($\lambda_1, \lambda_2, W_d$) | Factores de incremento concentrados ($Y_c, \Delta T_d$) |
| Bancos de Ductos | Fórmula de Kennelly con método de imágenes | Factores geométricos empíricos de ducto |
| Suelos No Uniformes | Ecuaciones zonales y modelo de dos zonas | Superposición térmica / diferencias finitas |
| Régimen Transitorio | Regulado bajo IEC 60853-1/2/3 | Evaluado según CIGRE WG B1 e IEEE 442 |
| Conductores Segmentados | Soporte analítico para Milliken de gran sección | Enfoque en conductores concéntricos estándar |
3. Resistividad Térmica del Suelo ($\rho_s$) y Fenómeno de Desbocamiento Térmico
La resistencia térmica externa $T_4$ representa típicamente entre el 50% y el 70% de la impedancia térmica total. Por lo tanto, la resistividad térmica del terreno ($\rho_s$, en $\text{K}\cdot\text{m/W}$ o $^\circ\text{C}\cdot\text{cm/W}$, donde $1.0\text{ K}\cdot\text{m/W} = 100^\circ\text{C}\cdot\text{cm/W}$) es la variable más crítica en el cálculo de ampacidad.
3.1 Propiedades Térmicas de Suelos y Materiales de Relleno
La conducción en el suelo ocurre a través del contacto entre partículas sólidas y el agua en los poros. Dado que el aire posee una resistividad altísima ($\rho \approx 40.0\text{ K}\cdot\text{m/W}$), los suelos sueltos o secos generan cuellos de botella térmicos severos.
| Clasificación de Suelo o Relleno | Humedad Típica (%) | Densidad Seca ($\text{g/cm}^3$) | Resistividad Térmica $\rho_s$ ($\text{K}\cdot\text{m/W}$) |
|---|---|---|---|
| Arcilla Saturada / Limo | 25% – 35% | 1.4 – 1.6 | 0.60 – 0.80 |
| Suelo Franco-Arenoso Húmedo | 10% – 15% | 1.6 – 1.8 | 0.90 – 1.20 |
| Arena Gruesa Seca (Sin compactar) | 1% – 3% | 1.4 – 1.5 | 2.00 – 3.00 |
| Grava / Piedra Partida | 0% – 2% | 1.5 – 1.7 | 1.80 – 2.50 |
| Terreno Natural Típico (Base IEC) | 8% – 12% | 1.6 – 1.7 | 1.00 |
| Diseño Típico Norteamericano | Variable estacional | Variable | 0.90 (Húmedo) / 1.20 (Seco) |
| Relleno Fluido Térmico (FTB) | Saturado a totalmente seco | 1.9 – 2.2 | 0.50 (Húmedo) / 0.85 (Seco) |
| Hormigón Estructural Estándar | Curado estándar | 2.2 – 2.4 | 0.80 – 1.00 |
3.2 El Modelo de Dos Zonas y Desbocamiento Térmico
Cuando los cables operan bajo alta carga continua, el gradiente térmico expulsa la humedad desde la superficie del cable hacia zonas más frías:
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| MIGRACIÓN DE HUMEDAD EN EL TERRENO |
| |
| +-------------------+ |
| | Superficie Cable | |
| +---------+---------+ |
| | |
| [ ZONA SECA: ρ_dry = 2.5 K·m/W ] <--- El agua se evapora y |
| | Barrera de alto aislamiento | migra hacia el exterior|
| +---------------+-------------+ |
| | Límite Crítico (θ_crit ≈ 50°C - 60°C) |
| [ ZONA HÚMEDA: ρ_wet = 1.0 K·m/W ] <--- Terreno imperturbable|
| | Mantiene conductividad normal| |
| +-----------------------------+ |
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Si la temperatura exterior del cable supera el umbral crítico de retención de humedad (50°C–60°C en suelos arenosos), se crea una zona seca: 1. El suelo seco eleva su resistividad de $1.0\text{ K}\cdot\text{m/W}$ a más de $2.5\text{ K}\cdot\text{m/W}$. 2. El aumento de $T_4$ incrementa aún más la temperatura del conductor para la misma corriente. 3. La mayor temperatura acelera la evaporación y expande la zona seca. 4. Desbocamiento Térmico: El ciclo descontrolado eleva la temperatura por encima de 90°C, ablandando el aislamiento y provocando la perforación dieléctrica.
4. Relleno Fluido Térmico (FTB): Especificación y Diseño de Mezcla
El Relleno Fluido Térmico (FTB, Fluidized Thermal Backfill) es un mortero fluido de baja resistencia y alta densidad compuesto por agregados seleccionados, arena, cenizas volantes, cemento Portland y agua.
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| PERFIL DE ZANJA CON RELLENO FTB |
| |
| ================ Superficie del Terreno =============== |
| [ Relleno de Suelo Autóctono Compactado ] |
| ------------------------------------------------------- |
| [ Cinta de Señalización / Placa de Protección ] |
| ------------------------------------------------------- |
| +-----------------------------------------------------+ |
| | ENVOLVENTE DE RELLENO FLUIDO TÉRMICO (FTB) | |
| | | |
| | ( A ) Fase A ( B ) Fase B ( C ) Fase C| |
| | | |
| | Espesor mínimo de 150 mm alrededor de cada cable | |
| +-----------------------------------------------------+ |
| ================ Cama de Arena de Fondo =============== |
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4.1 Composición y Parámetros de Mezcla
- Agregado y Arena de Granulometría Continua (65% – 75% en volumen): Maximiza los puntos de contacto grano a grano para mantener la transferencia de calor incluso 100% seco.
- Cenizas Volantes / Puzolana (15% – 20%): Proporcionan alta fluidez autocompactante (cono de revenimiento $\ge 200\text{ mm}$), eliminando vacíos de aire.
- Cemento Portland (3% – 5%): Confiere cohesión estructural sin impedir futuras excavaciones.
- Relación Agua-Sólidos Controlada: Evita la segregación de agregados.
4.2 Tabla Comparativa de Materiales de Relleno
| Propiedad / Parámetro | Norma de Ensayo | Suelo Arcilloso Natural | Hormigón Estándar | Relleno Fluido FTB |
|---|---|---|---|---|
| Resistividad Húmeda ($\rho_{\text{wet}}$) | IEEE 442 / ASTM D5334 | $0.90 - 1.20\text{ K}\cdot\text{m/W}$ | $0.80 - 0.90\text{ K}\cdot\text{m/W}$ | $\le 0.50\text{ K}\cdot\text{m/W}$ |
| Resistividad en Seco ($\rho_{\text{dry}}$) | IEEE 442 (Secado a 105°C) | $2.20 - 3.50\text{ K}\cdot\text{m/W}$ | $1.20 - 1.50\text{ K}\cdot\text{m/W}$ | $\le 0.85\text{ K}\cdot\text{m/W}$ |
| Resistencia a Compresión (28 días) | ASTM D4832 / EN 12390-3 | N/A | $15 - 25\text{ MPa}$ | $0.5 - 1.5\text{ MPa}$ (Excavable) |
| Fluidez / Revenimiento | ASTM D6103 | Nula fluidez | $100 - 150\text{ mm}$ | $\ge 200\text{ mm}$ (Autonivelante) |
| Contenido de Vacíos de Aire | ASTM C138 | $15% - 25%$ | $4% - 8%$ | $\le 2.0\%$ |
| Ganancia Relativa de Ampacidad | Cálculo IEC 60287 | Base (1.00) | $+8\% \text{ a } +12\%$ | $+18\% \text{ a } +28\%$ |
El uso de FTB permite incrementar la capacidad de transmisión hasta un 28% con la misma sección de conductor, generando ahorros millonarios en proyectos renovables y redes de distribución.
5. Calentamiento Mutuo y Factores de Corrección por Agrupamiento
Cuando múltiples circuitos comparten zanja o banco de ductos, los campos térmicos se superponen, lo que obliga a aplicar factores de corrección por agrupamiento ($F_g$).
DISPOSICIÓN DIRECTA EN TRÉBOL Y PLANA BANCO DE DUCTOS SUBTERRÁNEO (3x3)
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| ( A ) ( B ) ( C ) | | [ (1) ] [ (2) ] [ (3) ] |
| <---- S ----><---- S ----> | | |
| Disposición en capa simple plana | | [ (4) ] [ (5) ]* [ (6) ] |
| Disipación directa a la superficie | | *Ducto central más caliente
+------------------------------------+ | [ (7) ] [ (8) ] [ (9) ] |
+------------------------------------+
5.1 Cálculo de Calentamiento Mutuo (Método de Imágenes)
Bajo IEC 60287-2-1, la resistencia térmica externa de un grupo de $q$ cables paralelos se determina mediante la fórmula de Kennelly modificada:
$$T_4 = \frac{\rho_s}{2\pi} \left[ \ln\left(\frac{2u}{d_e} + \sqrt{\left(\frac{2u}{d_e}\right)^2 - 1}\right) + \sum_{k=1, k\ne p}^{q} \ln\left(\frac{d_{p,k}'}{d_{p,k}}\right) \right]$$
5.2 Factores de Corrección por Agrupamiento ($F_g$)
Factores aplicables para profundidad $u = 1.0\text{ m}$, $\rho_s = 1.0\text{ K}\cdot\text{m/W}$ y factor de carga 100%:
| Configuración de Tendido | Circuitos Trifásicos | Separación entre Circuitos | Factor $F_g$ (En contacto) | Factor $F_g$ (Separación 150mm) | Factor $F_g$ (Separación 300mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Enterrado Directo (Trébol / Trefoil) | 1 Circuito (3x1C) | — | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
| Enterrado Directo (Trébol / Trefoil) | 2 Circuitos (6x1C) | $S$ | 0.78 | 0.84 | 0.89 |
| Enterrado Directo (Trébol / Trefoil) | 3 Circuitos (9x1C) | $S$ | 0.68 | 0.75 | 0.82 |
| Enterrado Directo (Trébol / Trefoil) | 4 Circuitos (12x1C) | $S$ | 0.61 | 0.70 | 0.77 |
| Enterrado Directo (Plano / Flat) | 1 Circuito (3x1C) | $S = d_e$ | 0.93 | 0.97 | 1.00 |
| Enterrado Directo (Plano / Flat) | 2 Circuitos (6x1C) | $S = d_e$ | 0.72 | 0.80 | 0.86 |
| Banco de Ductos (2x2) | 4 Circuitos | Envolvente | 0.65 | 0.72 | 0.78 |
| Banco de Ductos (3x3) | 6 a 8 Circuitos | Envolvente | 0.52 | 0.59 | 0.66 |
Para mallas de puesta a tierra y protección en subestaciones, el uso de cables de acero galvanizado garantiza una evacuación segura de corrientes de cortocircuito sin perturbar el equilibrio térmico del terreno.
6. Tabla de Referencia de Ampacidad para Cables de Media Tensión
Valores de corriente admisible continua para cables de potencia XLPE de 11kV a 33kV (unipolares, pantalla de cinta de cobre, IEC 60502-2) bajo condiciones de referencia: $\theta_a = 20^\circ\text{C}$, $\theta_c = 90^\circ\text{C}$, $u = 0.8\text{ m}$, $\rho_s = 1.0\text{ K}\cdot\text{m/W}$.
| Sección Nominal ($\text{mm}^2$) | Material del Conductor | Disposición en Trébol (Directo) [A] | Disposición Plana ($S=70\text{mm}$) [A] | Banco de Ductos (1 por ducto) [A] | Resistencia $R_{ac}$ a 90°C ($\Omega/\text{km}$) |
|---|---|---|---|---|---|
| $70\text{ mm}^2$ | Cobre (Cu) | 265 | 280 | 240 | 0.342 |
| $70\text{ mm}^2$ | Aluminio (Al) | 205 | 215 | 185 | 0.568 |
| $120\text{ mm}^2$ | Cobre (Cu) | 355 | 380 | 320 | 0.196 |
| $120\text{ mm}^2$ | Aluminio (Al) | 275 | 290 | 245 | 0.325 |
| $240\text{ mm}^2$ | Cobre (Cu) | 510 | 555 | 450 | 0.098 |
| $240\text{ mm}^2$ | Aluminio (Al) | 395 | 425 | 350 | 0.162 |
| $400\text{ mm}^2$ | Cobre (Cu) | 650 | 715 | 560 | 0.062 |
| $400\text{ mm}^2$ | Aluminio (Al) | 510 | 555 | 435 | 0.102 |
| $630\text{ mm}^2$ | Cobre (Cu) | 795 | 880 | 670 | 0.043 |
| $630\text{ mm}^2$ | Aluminio (Al) | 630 | 690 | 530 | 0.072 |
| $800\text{ mm}^2$ (Milliken) | Cobre (Cu) | 885 | 990 | 740 | 0.034 |
| $1000\text{ mm}^2$ (Milliken) | Cobre (Cu) | 975 | 1100 | 805 | 0.028 |
Para conexiones seguras en celdas de media tensión y transformadores, el uso de terminales y zapatas de compresión de alta conductividad previene puntos calientes. Asimismo, las abrazaderas y herrajes certificados aseguran una sujeción mecánica indeformable ante esfuerzos de cortocircuito.
7. Procedimiento de Cálculo y Selección de Ingeniería
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| FLUJO DE TRABAJO PARA DIMENSIONAMIENTO |
| |
| [Paso 1: Medición Geotécnica] -> Ensayo con sonda térmica (IEEE 442) |
| para determinar ρ_s y temperatura |
| |
| [Paso 2: Trazado y Geometría] -> Perfil de zanja, ductos y distancias |
| |
| [Paso 3: Sección Inicial] -> Selección preliminar por tablas base |
| |
| [Paso 4: Corrección Global] -> I_real = I_base * F_temp * F_suelo |
| * F_prof * F_agrup |
| |
| [Paso 5: Verificación Térmica]-> Comprobación de secado y diseño FTB |
| |
| [Paso 6: Cortocircuito] -> Verificación térmica adiabática |
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- Medición In-Situ de Resistividad Térmica: Realice ensayos con sonda térmica según IEEE Std 442 / ASTM D5334 a la profundidad de enterramiento.
- Definición de Geometría y Configuración de Puesta a Tierra: Establezca la disposición (trébol o plano) y el esquema de conexión de pantallas (puesta a tierra en un punto, en ambos extremos o cruzamiento cross-bonding).
- Cálculo de Ampacidad Corregida: $$I_{\text{admisible}} = I_{\text{base}} \times F_{\text{temp}} \times F_{\text{suelo}} \times F_{\text{prof}} \times F_{\text{agrup}}$$
- Verificación de Temperatura Superficial y Relleno FTB: Verifique que la temperatura exterior del cable no supere $\approx 55^\circ\text{C}$. En caso de sobrepasarse, incorpore relleno FTB de 150 a 300 mm.
- Comprobación de Cortocircuito: Verifique según IEC 60949 que el conductor y la pantalla de cobre soporten las corrientes de falta previstas ($250^\circ\text{C}$ límite para XLPE).
- Separación de Circuitos de Control: Canalice los cables de instrumentación y control en ductos separados para evitar perturbaciones electromagnéticas y degradación térmica.
8. Calidad de Fabricación y Garantía de SiTong Cable
Como fabricante líder internacional, Zhengzhou Sitong Cable Co., Ltd. (SiTong Cable) produce cables de potencia subterráneos de media y baja tensión conforme a IEC 60502-2, BS 6622, BS 7870, ICEA S-94-649 y AS/NZS 1429.1.
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| VENTAJAS DE FABRICACIÓN DE SITONG CABLE |
| |
| * Línea de Triple Extrusión CCV -> Extrusión simultánea de pantalla de |
| conductor, aislamiento y pantalla |
| de aislamiento libre de microvacíos |
| |
| * Polímeros TR-XLPE Extralimpios-> Máxima resistencia a arborescencias |
| de agua y vida útil >30 años |
| |
| * Cubiertas de Alta Densidad -> HDPE / MDPE / LSZH con alta |
| resistencia mecánica y térmica |
| |
| * Ensayos al 100% en Fábrica -> Descargas parciales (<2 pC) y |
| ensayos de tensión dieléctrica |
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Por qué los Proyectos EPC y Compañías Eléctricas Eligen SiTong Cable:
- Triple Extrusión en Línea CCV: Vulcanización continua por catenaria con curado en nitrógeno seco, asegurando un aislamiento homogéneo y libre de microvacíos.
- Metales de Máxima Pureza: Cobre libre de oxígeno (OFC 99.99%) y aluminio EC-1350, minimizando la resistencia eléctrica $R_{ac}$ y el calentamiento interno.
- Barreras Estancas al Agua: Diseños con cintas hinchables semiconductoras y cubiertas laminadas de aluminio/polietileno (APL) o cobre/polietileno (CPL) para ambientes de alto nivel freático.
- Ensayos Rigurosos: Pruebas de penetración de agua, elongación en caliente (Hot Set Test) y descargas parciales garantizadas por debajo de 2 pC a 1.73 $U_0$.
9. Preguntas Frecuentes (FAQ)
P1: ¿Cuál es la principal diferencia entre los cálculos de ampacidad de IEC 60287 y Neher-McGrath?
R: Ambos métodos se fundamentan en la analogía electro-térmica de la ley de Fourier. IEC 60287 desglosa rigurosamente cada fuente de pérdidas ($\lambda_1$ en pantallas, $\lambda_2$ en armaduras, $W_d$ en dieléctrico) y cada resistencia térmica individual ($T_1, T_2, T_3, T_4$). Por su parte, el método norteamericano Neher-McGrath (IEEE 835) agrupa las pérdidas en factores concentrados ($Y_c$) y resistencias efectivas ($R_{ca}'$). Con los mismos parámetros geotécnicos y dimensionales, ambos métodos ofrecen resultados con discrepancias inferiores al 3%.
P2: ¿Por qué la resistividad del suelo ($\rho_s$) influye más en cables subterráneos que en líneas aéreas?
R: Las líneas aéreas disipan calor por convección turbulenta en el aire y radiación directa. Los cables subterráneos dependen exclusivamente de la conducción sólida a través del suelo, cuya resistividad térmica ($\approx 1.0\text{ K}\cdot\text{m/W}$) es miles de veces superior a la de los metales. Dado que la resistencia del suelo $T_4$ supone el 50%–70% de la resistencia total, variaciones de humedad o compactación impactan fuertemente en la temperatura del conductor.
P3: ¿Cómo evita el Relleno Fluido Térmico (FTB) el desbocamiento térmico en zanjas?
R: El FTB cuenta con una granulometría continua optimizada que mantiene una baja resistividad térmica ($\rho_{\text{dry}} \le 0.85\text{ K}\cdot\text{m/W}$) incluso cuando el agua se evapora por completo. Los suelos convencionales se degradan hasta $2.5–3.5\text{ K}\cdot\text{m/W}$ al secarse, mientras que el FTB preserva el camino conductivo y corta el ciclo destructivo de sobrecalentamiento.
P4: ¿Por qué la disposición en trébol y la disposición plana tienen capacidades de corriente diferentes?
R: La disposición en trébol (Trefoil) concentra las tres fases en contacto mutuo, equilibrando los campos magnéticos pero concentrando el calor en un volumen menor. La disposición plana espaciada (Flat) ($S \ge 2d_e$) proporciona a cada fase una trayectoria independiente hacia la superficie, logrando entre un 5% y un 15% más de ampacidad, a expensas de un mayor ancho de zanja.
P5: ¿Se puede aumentar la ampacidad de un cable subterráneo aumentando su profundidad de enterramiento?
R: No. Incrementar la profundidad reduce la ampacidad en régimen permanente. Aunque a mayor profundidad la temperatura estacional del suelo puede ser ligeramente menor, la mayor distancia hacia la superficie incrementa la resistencia térmica externa $T_4$. Las profundidades estándar (0.8 m a 1.2 m) constituyen el punto óptimo entre protección mecánica y eficiencia de refrigeración.
10. Conclusiones y Recursos de Ingeniería
Un dimensionamiento térmico preciso según IEC 60287 / Neher-McGrath y la aplicación de rellenos fluidos térmicos (FTB) son esenciales para maximizar la vida útil y la rentabilidad de las redes de cables de potencia subterráneos.
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