Cables XLPE vs. cables PILC: criterios técnicos y normativos para la selección en proyectos de transmisión subterránea
Referencia técnica principal basada en el documento técnico homologado: ElectroEnergy_Art01_XLPE_vs_PILC.docx
La selección del tipo de cable constituye una de las decisiones de mayor impacto técnico y económico en el diseño de una línea de transmisión subterránea. En el mercado internacional coexisten hoy dos tecnologías consolidadas: el cable con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE, del inglés Cross-Linked Polyethylene) y el cable con aislamiento de papel impregnado en masa (PILC, del inglés Paper Insulated Lead Covered). Aunque el primero ha ganado una posición dominante en los proyectos de nueva construcción, el ingeniero en ejercicio debe comprender las bases técnicas de ambas tecnologías para justificar la selección ante los requerimientos del propietario del activo, los entes reguladores y los esquemas de licitación pública.
El presente artículo desarrolla una comparación sistemática entre cables XLPE y PILC aplicable a sistemas de transmisión en el rango de $33\text{ kV}$ a $230\text{ kV}$, con referencia directa a la norma IEC 60502 (partes 1 y 2), IEC 60840, IEC 60287 y las directrices del Grupo de Trabajo B1.56 del CIGRÉ, publicadas en el Technical Brochure 880 (TB 880, 2022).
Antecedentes y evolución tecnológica
Los cables PILC dominaron la industria de transmisión subterránea desde finales del siglo XIX hasta bien entrada la segunda mitad del siglo XX. Su principio de funcionamiento se basa en cintas de papel kraft impregnadas con aceite mineral o compuesto de plomo, que actúan como dieléctrico entre el conductor y la pantalla metálica. La madurez tecnológica de este sistema, así como su historial de servicio en redes de $60\text{ kV}$ a $132\text{ kV}$, le otorgó una presencia significativa en las infraestructuras de distribución y subtransmisión de América Latina durante el período 1950–1990.
La introducción comercial masiva de los cables XLPE a partir de la década de 1970 —y especialmente su consolidación para tensiones superiores a $110\text{ kV}$ en los años 1990— transformó el panorama de la industria. El proceso de reticulación del polietileno mediante peróxidos orgánicos genera una red tridimensional de cadenas moleculares que mejora de manera sustancial las propiedades dieléctricas y térmicas respecto al polietileno no reticulado (PE) y al papel impregnado. El CIGRÉ TB 880, resultado del trabajo del WG B1.56 sobre diseño y especificación de cables de AT/EAT, sistematiza 49 puntos de orientación (Guidance Points) para la correcta selección, especificación y aplicación de estos sistemas, y ha devenido referencia fundamental para ingenieros proyectistas en jurisdicciones que no cuentan con normativa nacional específica.
Propiedades dieléctricas: la diferencia fundamental
La eficiencia de un sistema de aislamiento se evalúa, entre otros parámetros, a través de dos magnitudes: la permitividad relativa ($\epsilon_r$) y el factor de pérdidas dieléctricas o tangente de pérdidas ($\tan \delta$). Ambos parámetros inciden directamente en la potencia reactiva generada por el cable, en las pérdidas dieléctricas y en la longitud máxima admisible antes de requerir compensación reactiva.
Permitividad Relativa ($\epsilon_r = 2.3 - 2.5$)
Significativamente inferior a la del papel impregnado (IEC 60502, Tabla A.3). Implica que un cable XLPE genera menos corriente capacitiva por kilómetro, ampliando la longitud admisible sin necesidad de costosa compensación reactiva intermedia.
Factor de Pérdidas ($\tan \delta = 0.005 - 0.010$)
En contraste con el bajísimo valor del XLPE ($\tan \delta < 0.001$), las pérdidas dieléctricas de PILC pueden representar una sobrecarga térmica constante sobre el conductor, mermando su capacidad de transporte neto.
Las pérdidas dieléctricas por fase se expresan analíticamente mediante la ecuación fundamental de la termodinámica del cable:
Anatomía Estructural Comparada
Haz clic sobre las diferentes capas metálicas y aislantes del cable para analizar su función ingenieril bajo la norma IEC.
Chaqueta Protectora de HDPE / PVC
Cubierta polimérica de alta densidad. Protege de forma integral contra la abrasión, el desgaste mecánico en ductos, la corrosión galvánica y la penetración radial de agentes químicos nocivos del suelo.
Comportamiento térmico y capacidad de carga
La temperatura máxima admisible en el conductor es el parámetro que gobierna la ampacidad del cable, calculada conforme a la metodología analítica descrita en IEC 60287. Para cables XLPE, la temperatura de operación continua admisible es de $90\ ^\circ\text{C}$, con una temperatura máxima transitoria en régimen de cortocircuito de $250\ ^\circ\text{C}$ para tiempos de falta inferiores a $5\text{ s}$. Los cables PILC, en contraste, están severamente limitados a $70\ ^\circ\text{C}$ en operación continua y $160\ ^\circ\text{C}$ en cortocircuito debido al riesgo de degradación acelerada del aceite lubricante dieléctrico y la presión interna generada en la camisa de plomo.
Esta diferencia de $20\ ^\circ\text{C}$ en la temperatura de operación se traduce, a igualdad de sección del conductor y condiciones de instalación, en una mayor ampacidad de carga del cable XLPE. Dicho margen térmico adquiere especial relevancia en instalaciones en ductos o en terrenos con resistividad térmica elevada —escenarios frecuentes en zonas áridas o en proyectos de urbanización densa— donde la disipación de calor hacia el suelo está comprometida.
Calculadora Analítica e Histograma de Pérdidas
Basada en las ecuaciones de transferencia de calor y pérdidas dieléctricas bajo IEC 60287.
Vulnerabilidad a la humedad y árbol de agua
Uno de los mecanismos de degradación más relevantes en cables XLPE es el conocido como water treeing o árbol de agua: la formación de canales arborescentes de micro-humedad en el dieléctrico que, bajo la acción del campo eléctrico, degrada progresivamente la rigidez dieléctrica. Este fenómeno fue identificado en generaciones tempranas de cables XLPE sin capas semiconductoras extruidas, y motivó el desarrollo de cables con triple extrusión simultánea (conductor — semiconductor interno — XLPE — semiconductor externo), proceso que virtualmente eliminó la problemática en los cables de fabricación moderna conforme a IEC 60840.
Los cables PILC, por su parte, son particularmente sensibles a la infiltración de humedad a través de fallas en la cubierta de plomo. La degradación del papel impregnado por acción del agua produce una reducción severa e irreversible de la rigidez dieléctrica. Por este motivo, el CIGRÉ TB 880 (GP-03) establece que los cables PILC existentes en servicio deben ser sometidos a inspecciones periódicas de cubierta metálica mediante técnicas de reflexión en el tiempo (TDR) o de medición de resistencia de cubierta, especialmente en entornos altamente corrosivos o con variaciones continuas de nivel freático.
Tabla comparativa de parámetros principales
| Parámetro | Cable XLPE | Cable PILC | Norma de Ref. |
|---|---|---|---|
| Tensión máxima ($U_m$) | Hasta $500\text{ kV}$ | Hasta $132\text{ kV}$ (típico) | IEC 60502-2 |
| Temperatura máx. conductor | $90\ ^\circ\text{C}$ (op.) / $250\ ^\circ\text{C}$ (cc) | $70\ ^\circ\text{C}$ (op.) / $160\ ^\circ\text{C}$ (cc) | IEC 60287 |
| Permitividad relativa ($\epsilon_r$) | $2.3 - 2.5$ | $3.5 - 4.0$ | IEC 60502 |
| Factor de pérdidas ($\tan \delta$) | $< 0.001$ | $0.005 - 0.010$ | IEC 60840 |
| Rigidez dieléctrica | Superior | Moderada | CIGRÉ TB 880 |
| Sensibilidad a la humedad | Baja (semicondutora extraíble) | Alta (papel impregnado) | CIGRÉ TB 880 |
| Masa por unidad de longitud | Menor | Mayor (funda de plomo) | — |
| Vida útil estimada | $40 - 50$ años | $30 - 40$ años | CIGRÉ WG B1.56 |
| Disponibilidad global | Amplia | Limitada (tecnología de legado) | — |
Criterios de selección en la práctica de proyectos
6.1 Nivel de tensión del proyecto
Para tensiones superiores a $132\text{ kV}$, el cable XLPE es la única opción técnicamente viable. La fabricación de cables PILC para $220\text{ kV}$ o $500\text{ kV}$ ha quedado descontinuada. En el rango $33 - 132\text{ kV}$ ambas tecnologías son factibles, aunque PILC cuenta con disponibilidad limitada.
6.2 Infraestructura instalada y reemplazo
Al reemplazar cables PILC antiguos con XLPE, se debe prever el riesgo de sobretensiones transitorias de maniobra causadas por la disparidad de permitividad dieléctrica ($\epsilon_r = 3.8$ vs $2.4$). El CIGRÉ TB 880 (GP-28) recomienda instalar pararrayos de protección en las uniones.
6.3 Disponibilidad de accesorios calificados
La calidad del empalme y de la terminación es tan determinante como la del propio cable. Conforme a IEC 60502-4 e IEC 60840, se debe garantizar la certificación de tipo para los accesorios mixtos (transición XLPE-PILC) con historial de servicio verificado en condiciones ambientales similares.
6.4 Análisis de costo de ciclo de vida (LCC)
Aunque la inversión inicial en XLPE puede ser superior, el análisis de LCC (Life Cycle Cost) demuestra que se compensa debido a las bajísimas pérdidas dieléctricas operativas, menores requerimientos de mantenimiento y mayor expectativa de vida útil ($40 - 50$ años de XLPE frente a los $30 - 40$ años de PILC).
Consideraciones normativas para proyectos en América Latina
En las distintas jurisdicciones latinoamericanas, la especificación de cables subterráneos de alta tensión se estructura fundamentalmente sobre los estándares de referencia internacional de la IEC:
Colombia (RETIE & EPM)
La norma colombiana RETIE incorpora los requisitos de las normas IEC 60502 y 60840 para la aprobación y homologación técnica de cables subterráneos en el territorio nacional. Las especificaciones de EPM demandan ensayos de tipo rigurosos.
Conclusiones
La selección entre cables XLPE y PILC en un proyecto de transmisión subterránea no debe reducirse a un criterio simplificado de disponibilidad de suministro o de precio del mercado. Un análisis técnico riguroso de ingeniería debe contemplar el nivel de tensión, las propiedades dieléctricas, el comportamiento térmico, la resistencia a la humedad y el costo de ciclo de vida, todo ello enmarcado en los requisitos de IEC 60502, IEC 60840 y las directrices del CIGRÉ TB 880.
Para proyectos de nueva infraestructura en el rango de $33\text{ kV}$ a $230\text{ kV}$, el cable XLPE con triple extrusión simultánea constituye la tecnología de referencia. Su superioridad dieléctrica, su mayor temperatura de operación admisible y su amplia disponibilidad en el mercado internacional lo posicionan como la opción de menor riesgo técnico en proyectos de mediana y larga vida útil. En proyectos de rehabilitación con infraestructura PILC existente, la evaluación normativa y el análisis de costo de ciclo de vida son herramientas indispensables antes de tomar una decisión de reemplazo total o parcial.
Certificación Técnica
Responde adecuadamente a este cuestionario de 4 preguntas para demostrar tu asimilación de las directrices CIGRÉ e IEC.
1. ¿Cuál es el límite de temperatura en el conductor de un cable XLPE en régimen permanente?
2. ¿A qué se atribuye la alta susceptibilidad dieléctrica de los cables PILC frente al XLPE?
3. ¿Qué método de fabricación de cables XLPE ha prevenido virtualmente el Water Treeing?
4. Conforme a las directrices CIGRÉ TB 880 (GP-28), ¿qué elemento técnico se prescribe para un empalme mixto?
Certificado de Aprovechamiento Obtenido
Has completado de forma satisfactoria la evaluación de asimilación conceptual sobre los Criterios Técnicos y Normativos de Cables de Transmisión.
EXPEDIDO POR ELECTROENERGY ACADEMIA
Especialista en Líneas de Transmisión Subterránea
CÓDIGO DE VALIDACIÓN: EE-XLPE-PILC-2026
Diseño y Construcción de Líneas de Transmisión Subterránea — Edición 2026
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