Caracterización y evaluación del índice de salud de cables de potencia de polietileno reticulado (XLPE) de 34,5 kV

Por qué el envejecimiento de los cables importa en la vida cotidiana

Las ciudades modernas dependen de cables de alta tensión enterrados que entregan electricidad de forma silenciosa a hogares, hospitales e industrias. Tras años de funcionamiento en entornos calurosos y exigentes, el aislamiento plástico dentro de estos cables se deteriora lentamente, aumentando el riesgo de cortes de suministro y fallos costosos. Este estudio examina cables reales de polietileno reticulado (XLPE) de 34,5 kV que han estado en servicio durante 5 y 10 años, y propone una "puntuación de salud" práctica que puede ayudar a las compañías eléctricas a decidir cuándo mantener, reparar o sustituir sus activos antes de que aparezcan problemas.

Inspección del interior de cables envejecidos

En lugar de basarse en ensayos de envejecimiento cortos y artificiales en laboratorio, los investigadores obtuvieron secciones de cables XLPE que realmente habían estado operando durante años en una región de alta temperatura de la red eléctrica saudí. Compararon muestras “saludables” y “defectuosas” tras 5 y 10 años de servicio. Con una batería de herramientas avanzadas —microscopía electrónica, imágenes por rayos X, análisis térmico, espectroscopía infrarroja y difracción de rayos X— examinaron cómo cambian con el tiempo la estructura interna y la química del aislamiento. También midieron la facilidad con que el material se degrada bajo alta tensión y su resistencia al esfuerzo de tracción, proporcionando una visión completa tanto de su estado microscópico como de su comportamiento en condiciones reales.

Cómo se desgasta el material lentamente

Las imágenes detalladas revelaron que el aislamiento sano conserva superficies relativamente lisas y regiones internas ordenadas, mientras que las piezas defectuosas desarrollan surcos, microgrietas y pequeños vacíos que pueden actuar como puntos de partida para fallos eléctricos. Las pruebas térmicas mostraron que, conforme envejecen los cables, las regiones cristalinas originalmente bien organizadas en el plástico se vuelven menos perfectas y más mezcladas con zonas blandas y desordenadas. La difracción de rayos X confirmó que el tipo cristalino básico del polietileno no cambia, pero su nivel de orden disminuye de forma constante, especialmente en las muestras defectuosas de 10 años. En conjunto, estos hallazgos dibujan la imagen de un material cuyo “andamiaje” interno se debilita gradualmente por el calor y el esfuerzo eléctrico a largo plazo, incluso cuando la oxidación química evidente sigue siendo sorprendentemente baja.

Qué hace el envejecimiento a la resistencia eléctrica y mecánica

Las consecuencias de este daño estructural silencioso se manifiestan con claridad en las pruebas de rendimiento. Al someterse a tensiones crecientes, las muestras de aislamiento sano tienden a fallar a niveles más altos y más consistentes, mientras que las defectuosas ceden antes y con mayor dispersión. En promedio, la resistencia a la ruptura disminuye alrededor de un 14 % tras 5 años y más del 20 % tras 10 años en las piezas más degradadas. El voltaje de flashover superficial —una medida de la capacidad del cable para soportar descargas a lo largo de su exterior— se reduce aproximadamente a la mitad entre las muestras sanas de 5 años y las defectuosas de 10 años. Al mismo tiempo, las pruebas mecánicas revelan que el material se vuelve menos resistente y menos elongable: la resistencia a la tracción baja de aproximadamente 25 MPa en aislamientos más jóvenes y sanos hasta alrededor de 18 MPa en muestras defectuosas de 10 años, y la elongación antes de la rotura se reduce de casi el 1000 % a menos del 400 %, señalando un endurecimiento significativo.

Convertir muchas mediciones en una sola puntuación de salud

Para transformar este conjunto complejo de ensayos en una herramienta que los gestores de activos puedan usar, los autores construyeron un Índice de Salud del Cable (CHI). Este índice combina cinco indicadores clave —resistencia a la ruptura, constante dieléctrica, pérdida dieléctrica, resistencia a la tracción y elongación a la rotura— en una única puntuación porcentual que va desde “excelente” hasta “degradación severa”. En lugar de basarse en conjeturas de expertos para decidir la importancia relativa de cada parámetro, aplicaron dos esquemas matemáticos, conocidos como el método de la entropía y el método CRITIC, que asignan automáticamente mayor peso a las mediciones que varían fuertemente entre muestras y aportan información única. Al combinar estos dos enfoques, crearon un sistema de ponderación integrado que hace al CHI sensible y equilibrado frente al envejecimiento tanto eléctrico como mecánico.

Del conocimiento de laboratorio a un mantenimiento de red más inteligente

Cuando se probó en 20 secciones de cable diferentes, el CHI integrado fue el que mejor se ajustó a la condición real conocida de los cables, separando correctamente casos saludables, moderadamente envejecidos, en advertencia y severamente degradados con alta precisión. En la práctica, dicho índice de salud podría permitir a las compañías eléctricas clasificar sus cables subterráneos por riesgo, priorizar inspecciones y reemplazos, y prolongar la vida útil de activos aún en buen estado en lugar de sustituirlos prematuramente. Para los no especialistas, la conclusión clave es que el estudio muestra cómo el examen cuidadoso de cables del mundo real, combinado con un análisis de datos inteligente, puede transformar un conjunto confuso de mediciones técnicas en una “puntuación de salud” clara y accionable que ayuda a mantener las luces encendidas de forma más fiable y rentable.

Cita: Salem, A.A., Hamanah, W.M., Al-Ameri, S.M. et al. Characterization and health index assessment of 34.5 kV cross-linked polyethylene (XLPE) power cables. Sci Rep 16, 12599 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41193-z

Palabras clave: Cables de potencia XLPE, envejecimiento de cables, índice de salud del aislamiento, fiabilidad de alta tensión, mantenimiento basado en condición