Este documento describe los diferentes componentes y propiedades de los cables de potencia utilizados en bombas sumergibles. Explica que el cable transmite la energía eléctrica desde la superficie hasta el motor y las señales desde los instrumentos de fondo. Los cables contienen tres conductores aislados y protegidos por una cubierta. También se discuten factores como la selección del calibre adecuado, la configuración del cable y los efectos de la temperatura en la caída de voltaje.

1. CABLE DECABLE DE
POTENCIAPOTENCIA
Bombeo EléctricoBombeo Eléctrico
SumergibleSumergible

2. 2 JLMG
Cable de Potencia
El cable de potencia es uno de los componentes
más importantes y sensibles en la aplicación de
BES.
El éxito o fracaso de la aplicación depende en gran
parte de la buena selección e instalación del cable
de subsuelo.
En los pozos muy profundos o problemáticos, en
algunos casos, el cable puede ser el componente
más costoso de la unidad.

3. 3 JLMG
Cable de Potencia
La función del cable de potencia es transmitir la
energía eléctrica desde la superficie al motor.
Transmitir las señales de presión, temperatura, etc.
desde el instrumento sensor de fondo a la
superficie.

4. 4 JLMG
Cable de Potencia
El cable consiste en tres conductores que pueden
ser sólidos o trenzados.
Los cables de potencia tienen una capa de
aleación de estaño sobre los conductores
individuales para proveer una protección adicional
contra sustancias como el Ácido Sulfhídrico
(Sulfuro de hidrógeno) en el pozo.

5. 5 JLMG
Cable de Potencia
ESTRUCTURA DEL CABLE:ESTRUCTURA DEL CABLE:
 aislamiento
 barrera
 fibra (malla)
 camisa (jacket)
 armadura

6. 6 JLMG
Cable Típico para Temperatura Media
Conductores
7 hilos
trenzados
Aislamiento Primario
(EPDM)
Barrera de Cinta
Malla Protectora
Camisa de Nitrilo
Armadura
Metálica

7. 7 JLMG
.
Component Abbreviation Material description
Insulation 1) PPE, P Polypropylene copolymer
2) E EPDM(Ethylene Propylene Diene Methylene) rubber
3) K Kapton
4) T Semi-conductive tape (REDASURFACE)
Barrier 1) S PVDF (Polyvinylidiene fluoride)
2) TB Tedlar tape
3) F Teflon FEP extrusion
4) TB High temperature tape
5) L Lead
Jacket 1) PE HDPE (High density polyethylene)
2) O Oil-resistant nitrile rubber compound
3) E EPDM rubber compound
Armor 1) G Galvanized steel
2) HG Heavy Galvanized steel
3) DG Double Galvanized
4) SS Stainless Steel
5) M Monel
Standard interlocking profile
FP Flat profile

8. 8 JLMG
Cable Típico para Temperatura Media
Conductores
7 hilos
trenzados
Aislamiento Primario
(EPDM)
Barrera de Cinta
Malla Protectora
Camisa de Nitrilo
Armadura
Metálica

9. 9 JLMG
Cable de Potencia
El Cable para BES generalmente es fabricado para
varios valores de voltaje tales como: 3KV, 4KV y
5KV.
Este valor depende del espesor y tipo de
aislamiento.

10. 10 JLMG
Cable de Potencia
• APLICACION DEL CABLE DE POTENCIAAPLICACION DEL CABLE DE POTENCIA
 CALIBRE DEL CABLE
 CONFIGURACION DEL CABLE

11. 11 JLMG
Cable de Potencia
Para seleccionar el calibre del cable, se necesita
conocer la caída de voltaje que tendrá el cable en
el pozo a las condiciones de operación.
La caída de voltaje será una función del flujo de
corriente que pasa por el conductor, el tamaño, la
longitud y posiblemente su temperatura.

12. 12 JLMG
Caída de voltaje en Cable de Potencia Sumergible
2
0
4
0
6
0
8
0
10
0
12
0
14
0
0
1
0
2
0
3
0
4
0
5
0
6
0
#6 Cu
#1/O
#4 Cu
#2 Cu
#1 Cu
#1/O Cu
#1#2#4#6
Corriente en Amperios
CaídadeVoltajepor1,000piesdeCable
0

13. 13 JLMG
Cable de Potencia
Existen "factores de corrección" para la caída de
voltaje en el cable dependiendo de la temperatura
pero en general es mejor ignorar este factor de
corrección.

14. 14 JLMG
131 F (55 C).................1.12 221 F (105 C).................1.31
149 F (65 C).................1.15 239 F (115 C).................1.35
167 F (75 C).................1.19 257 F (125 C).................1.39
185 F (85 C).................1.23 275 F (135 C).................1.42
203 F (95C)..................1.27 302 F (150 C).................1.48
Factores de Corrección por Temperatura
Temperatura Multiplicador Temperatura Multiplicador
2
0
4
0
6
0
8
0
10
0
12
0
14
0
0
1
0
2
0
3
0
4
0
5
0
6
0
#6 Cu
#1/O
#4 Cu
#2 Cu
#1 Cu
#1/O Cu
#1#2#4#6
Corriente en Amperios
CaídadeVoltajepor1,000piesdeCable
0

15. 15 JLMG
Cable de Potencia
El cableEl cable es una carga en el sistema que es casi
totalmente resistiva aunque tiene un poco de
reactancia.
El motorEl motor es una carga inductiva.
Esto simplemente significa que no toda la corriente
se pierde en el sistema lo cual da un factor de
potencia menor que 1.00.

16. 16 JLMG
Cable de Potencia
Si se desprecia la reactancia del cable, el factor de
potencia del cable será exactamente 1.00, esto
significa que no se debe calcular la caída de voltaje
en el cable basada solamente en la resistencia.
Por ejemplo, si se tiene un motor de 140 HP, ef. =
0.89, 1299 V, y 69.5 A, operando con una carga
en la bomba de 135 Hp, a una profundidad de 7500
pies, el cable es del calibre N° 4 AWG y la
temperatura de fondo del pozo es de 200 °F.

17. 17 JLMG
Cable de Potencia
Vectorialmente, el motor y el cable pueden ser
representados por el siguiente sistema eléctrico.
Para obtener los kW del sistema, se deben sumar
vectorialmente.
KW
KVARL
KVA
φ
FP = = Cos ( )φ FP = = Cos ( ) = 1.00
KW
KVAKVA
KW
KW
KVA
Motor Cable

18. 18 JLMG
Cable de Potencia
Se pueden sumar los vectores individuales de la
siguiente manera:
KVARL
KVA
KW
Circuito
Motor Cable

19. 19 JLMG
Cable de Potencia
El resultado será como se muestra aquí:
KVARL
KVA
φ
FP = = Cos ( )φ
KW
KVA
KW
Circuito
s
s

20. 20 JLMG
Cable de Potencia
Se puede calcular los kW del motor por:
kW Motor =
y, si se asume que el factor de potencia es de 0.85,
los KVA del motor serán:
kVA Motor =
El kVAR del motor resultante será:
kVAR Motor = kVA - kW = 133.1 - 113.1 = 70.2
BHP x 0.7457 135 x
0.7457
eficiencia 0.89
= 113.1=
kW Motor
F.P.
= = 133.1113
0.85
2 2 2 2

21. 21 JLMG
Cable de Potencia
Los kW del cable se calculan con:
kW Cable =
Los kVAR del cable son cero. Se pueden calcular
los valores del sistema total con la siguiente
ecuación:
kW Sistema =kW Motor + kW Cable = 113.1 + 60.6 =
173.7
los kVAR del sistema son:
3 x resistencia x I 3 x 4.185 x
69.5
1000 1000
= 60.6
22
=
kVAR Sistema = kVAR Motor + kVAR Cable = 70.2 +
0 = 70.2Note que la resistencia del cable (ohmios) está
basada en 7500 pies de cable N°4 operando a
200 °F.

22. 22 JLMG
Cable de Potencia
El kVA del sistema está calculado por:
kVA Sistema = kW Sis + kVAR Sis = 173.7 +
70.2 = 187.3
La caída real de voltaje en el cable puede ser
calculada por:
2 2 22
kVA de Sistema x
1000
I x 1.732
187.3 x
1000
69.5 x 1.732
= = 1556 volts.
La caída de voltaje en el cable será: el voltaje en la superficieLa caída de voltaje en el cable será: el voltaje en la superficie
menos el voltaje del motor ó 1556 - 1299 = 257 volts.menos el voltaje del motor ó 1556 - 1299 = 257 volts.
Volts Superficie
=

23. 23 JLMG
Cable de Potencia
Si ahora se utiliza la gráfica de caída de voltaje
2
0
4
0
6
0
8
0
10
0
12
0
14
0
0
1
0
2
0
3
0
4
0
5
0
6
0
#6 Cu
#1/O
#4 Cu
#2 Cu
#1 Cu
#1/O Cu
#1#2#4#6
Corriente en Amperios
CaídadeVoltajepor1,000piesdeCable
0
3
3
69.
5

24. 24 JLMG
Cable de Potencia
Considerando la profundidad de la bomba de 7500
pies:
∆V = 33 * 7500 / 1000 = 247.5 V
Corrigiendo por temperatura:
∆Vcorr = ∆V * Fact. Corr. = 247.5 * 1.27 = 314.3 V
131 F (55 C).................1.12 221 F (105 C).................1.31
149 F (65 C).................1.15 239 F (115 C).................1.35
167 F (75 C).................1.19 257 F (125 C).................1.39
185 F (85 C).................1.23 275 F (135 C).................1.42
203 F (95 C).................1.27 302 F (150 C).................1.48
Factores de Corrección por Temperatura
Temperatura Multiplicador Temperatura Multiplicador

25. 25 JLMG
Cable de Potencia
Comparando la caída de voltaje corregida por el
factor de potencia de 257 V, con el valor calculado
de la gráfica, sin corrección por temperatura, 247.5
V y la caída de voltaje calculada utilizando el factor
de corrección por temperatura (1.27), 314.3 V.
En este caso en particular, el la caída de voltaje
calculada utilizado el FP está entre los dos:
247.5 volts
Sin
corrección
257 volts257 volts
CorregidCorregid
oo
por F.P.por F.P.
314.3 volts
Corregido por
resistencia
solamente

26. 26 JLMG
Cable de Potencia
Recuerde que se ha ignorado la reactancia del
cable, pero si se toma en cuenta, entonces la caída
de voltaje será menor que el valor calculado de 257
V. De manera que este valor estará aún más cerca
al valor de la gráfica: 247.5 V.

27. 27 JLMG
Cable de Potencia
Otro problema que se presenta
independientemente del método que se utilice es
definir qué temperatura debería ser usada para
determinar el factor de corrección.
El rango de temperatura del pozo está entre la
temperatura en la superficie y en el fondo. En el
fondo, el cable realmente estará más caliente
debido al calor generado por la resistencia. Debido
a que el cable está sujetado con flejes a la tubería
de producción, el fluido caliente también ayudará
en su calentamiento.

28. 28 JLMG
Cable de Potencia
Predecir el perfil de la
temperatura en el pozo no es
simple. Un método bastante
aceptable para calcular la caída
de voltaje en el cable usando el
factor de potencia sería usando
solamente la temperatura de
fondo sin corregirla por
calentamiento a causa de la
resistencia del cable.
GradienteGeotérmico
Profundidad Temperatur
aTemperaturadel
Conductor
Superfici
e
TfTs

29. 29 JLMG
Cable de Potencia
Otro aspecto que se debe considerar son los
problemas que se pueden presentar durante el
arranque del equipo.
La longitud y calibre del cable son los factores de
mayor influencia en las características de arranque
del motor sumergible, por lo tanto la selección
adecuada del cable y el sistema de arranque son
primordiales para el arranque seguro del motor.

30. 30 JLMG
Cable de Potencia
Un calibre determinado de cable puede ser
aceptable para las condiciones de operación pero
puede ser muy pequeño para las condiciones de
arranque, de tal forma que el motor podría no
arrancar, especialmente con motores de alto
amperaje.
El Amperaje de arranque puede ser 5 veces oEl Amperaje de arranque puede ser 5 veces o
más que el amperaje de operación.más que el amperaje de operación.

31. Cable de Potencia
SELECCION DESELECCION DE
LALA
CONFIGURACIOCONFIGURACIO
N DEL CABLEN DEL CABLE

32. 32 JLMG
Cable de Potencia
• LIMITACIONES FISICASLIMITACIONES FISICAS
Mientras más pequeño sea el cable en relación
al espacio disponible en el anular, más fácil será
la instalación. Esto se puede lograr con un
conductor más pequeño o, también con un
cambio en la geometría del cable (redonda a
plana).

33. 33 JLMG
Cable de Potencia
Un conductor puede ser compactado después que
los hilos hayan sido trenzados. Esto se hace para
reducir su diámetro efectivo, lo que reducirá el
diámetro de todo el cable sin pérdida de volumen
de cobre. Por ejemplo, un cable compactado N°2
AWG puede pasar por el mismo espacio que un
cable estándar N°4 AWG.
Conduct
or
Trenzado
Conductor
Trenzado
y Compactado

34. 34 JLMG
Cable de Potencia
El cable trenzado y compactado mantiene su
capacidad de conducir corriente y al mismo tiempo
retiene su flexibilidad.
Intersticios
tienen
áreas
libres
Conductor
Trenzado
Conductor
Trenzado
y Compactado

35. 35 JLMG
Cable de Potencia
Cables más grandes tendrán mayor eficiencia total
pero serán más costosos. Hay un balance entre el
costo de capital y el costo operativo.
Además, si el cable es muy grande, requiere más
espacio en el pozo.

36. 36 JLMG
Cable de Potencia
En el cable redondo, los conductores individuales
pueden reordenarse cuando un esfuerzo comprime
el cable.

37. 37 JLMG
Cable de Potencia
Una desventaja del cable plano es que
generalmente ofrece menor protección mecánica
que el redondo, por lo que será más susceptible a
dañarse durante la instalación.

38. 38 JLMG
Cable de Potencia
Otra desventaja del cable plano, y posiblemente la
más importante, es que éste es asimétrico mientras
que el redondo es completamente simétrico.
En el cable de potencia una parte de la corriente
que circula por el cable se pierde como calor, por lo
que el cable tendrá una temperatura mayor que la
del entorno.

39. 39 JLMG
Cable de Potencia
En el cable redondo, todos los conductores se
calientan por igual.
En un cable plano, los dos conductores laterales se
encuentran en ambiente similar por lo que se
calientan uniformemente. El conductor central, sin
embargo, tiene dos calentadores a los costados por
lo que no puede disipar tanto calor como los otros.

40. 40 JLMG
Cable de Potencia
El resultado es que el conductor central de un
cable plano trabaja más caliente que los otros dos.

41. 41 JLMG
Cable de Potencia
La caída de voltaje en el conductor depende
directamente de la temperatura, y como la
temperatura es más alta, la pérdida será mayor.
En el cable plano, el voltaje trifásico en los
terminales del motor normalmente estará
desbalanceado aunque el voltaje esté
perfectamente balanceado en la superficie.

42. 42 JLMG
Cable de Potencia
Un desbalance de voltaje recalentará el motor un
poco más de lo normal. Usualmente esto no es
crítico.
Debido a que el voltaje en la superficie,
normalmente no está balanceado en forma
perfecta, el cable se puede desconectar yel cable se puede desconectar y
reconectar en la caja de venteo con las tresreconectar en la caja de venteo con las tres
configuraciones posiblesconfiguraciones posibles (manteniendo la
rotación correcta) para determinar la forma que
causa el menor desbalance.

43. 43 JLMG
Cable de Potencia
Algunos de los factores que afectarán la selección
son:
 Temperatura de FondoTemperatura de Fondo
 Temperatura del ConductorTemperatura del Conductor
 Tipo de Fluido del PozoTipo de Fluido del Pozo
 Químicos de TratamientoQuímicos de Tratamiento
 Temperatura en la SuperficieTemperatura en la Superficie
 Presión MáximaPresión Máxima
 RGPRGP
 Nivel de FluidoNivel de Fluido
 HH22S y COS y CO22

44. 44 JLMG
Cable de Potencia
Un cable es tan fuerte como su componente más
débil. Este componente débil puede ser el
aislamiento, la camisa (jacket), la barrera de cinta o
algún otro elemento.
Cuando se consideran las limitaciones del cable
por temperatura se debe tomar en cuenta la
temperatura del conductor y no la de fondo del
pozo.

45. 45 JLMG
Cable de Potencia
Esto se debe a que el cable opera a mayor
temperatura que el entorno. Dependiendo de la
caída de voltaje, este incremento de temperatura
puede ser significativo.
Los aislamientos de cable generalmente, pueden
ser clasificados como "termoplásticos" o
"termoesestables".

46. 46 JLMG
Cable de Potencia
El Polipropileno/etileno es un aislamiento del tipo
termoplástico y normalmente se usa para un rango
de temperatura del conductor de 200ºF a 210ºF.
Debido a que el aislamiento está muy cerca del
conductor, se debe limitar la temperatura del
conductor a este valor.
Este rango de temperatura no da mucho margen
de error. Por encima de esta temperatura, el
aislamiento comenzará a derretirse lo cual
ocasionará una falla del cable.

47. 47 JLMG
Cable de Potencia
En los cables redondos, hay una fuerza intrínseca
resultante del enrollado de los conductores.
Fuerza
Intrínseca

48. 48 JLMG
Cable de Potencia
Si el aislamiento comienza a derretirse, los
conductores pueden moverse hacia el centro del
conjunto, y al hacer contacto se produce un corto
circuito.
BOOM!

49. 49 JLMG
Cable de Potencia
La mayoría de los programas de diseño
computarizados, toman en cuenta la temperatura
del conductor. Hay también un método manual que
puede ser usado para calcular esta temperatura
para los cables comunes con base en la siguiente
ecuación:
donde el factor "a" se obtiene de la siguiente tabla:
T = ( a x I ) + TC Pozo
2
C
Pozo
T
T
I
es la temperatura del conductor en °F
es la corriente en amperios
es la temperatura del entorno en °F

50. 50 JLMG
Cable de Potencia
Redalene (POTB)
Redalene (PPEO)
Redahot (ETKO)
Redahot (ETBO)
Redablack (EEF)
Redablack (EER)
Redalead (ELB)
Redalead (ELBE)
#6 #4 #2 #1 #1/O #2/O
0.0281
0.0199
0.0275
0.0200
0.0275
0.0199
0.0281
0.0202
0.0176
0.0112
0.0169
0.0117
0.0167
0.0115
0.0169
0.0116
0.0097
0.0062
0.0090
0.0062
0.0086
0.0058
0.0086
0.0058
0.0070
0.0045
0.0068
0.0046
0.0064
0.0043
0.0064
0.0042
0.0048
0.0031
0.0053
0.0034
0.0050
0.0032
0.0050
0.0031
0.0038
0.0025
0.0042
0.0027
0.0039
0.0025
0.0039
0.0025
Factor "a"

51. 51 JLMG
Cable de Potencia
Todos estos cálculos están basados en
investigación y análisis de "elementos finitos" en
modelos de sistemas de cables de subsuelo.
Revestimient
o
Tubería
Fluido
Anular
Fluido
Producid
o
Equivalencia de
Temperatura
456.7
451.3
445.9
440.6
435.2
429.8
424.4
419.1
413.7
408.3

52. 52 JLMG
Cable de Potencia
Como referencia rápida hay gráficos disponibles en
los catálogos, para la mayoría de los cables, que
permiten determinar el máximo amperaje
permisible en un cable.
Estos gráficos asumen que hay una limitación de la
máxima temperatura permitida para un cable y
muestran cuanta corriente puede pasar por él, a la
temperatura de fondo.

53. 53 JLMG
EER (t.c.c. Redablack Redondo)
EEF (t.c.c. Redablack Plano)
300
250
200
150
100
50
0
100 150 200 250 300 350 400
100 150 200 250 300 350 400
400
300
200
100
0
Leyenda:
AWG 2/O
AWG 1/O
AWG 1
AWG 2
AWG 4
AWG 6
CorrienteMáxima
Temperatura de Fondo (° F)

54. 54 JLMG
Cable de Potencia
La capacidad de amperaje del cable que muestra la
gráfica es una limitación que no debería ser
excedida. Sin embargo, la degradación térmica y
química en el cable se incrementarán
logarítmicamente con la temperatura. Por esto, si
ponemos el cable a su límite máximo, su vida útil
se verá afectada.

55. 55 JLMG
Cable de Potencia
Cuando se usen los gráficos, es muy importante
seleccionar el gráfico correcto para el tipo de cable
que se tenga.
En algunos cables, el aislamiento será el factor
limitante, mientras en otros la limitación puede ser
el material de la camisa.
Generalmente, se utiliza nitrilo o EPDM para
reencamisarlos.

56. 56 JLMG
Cable de Potencia
El Nitrilo tiene buena resistencia al hinchamiento
cuando se expone a los fluidos del yacimiento, pero
no puede ser utilizado a temperaturas mayores de
±275°F (dependiendo del compuesto específico).
Para las temperaturas de fondo mayores que este
valor, el EPDM puede ser utilizado en lugar de
Nitrilo, pero es más susceptible a hincharse. Por
esto, a veces es necesario incluir armadura doble
al fabricar el cable, la que puede ayudar a contener
el hinchamiento del EPDM.

57. 57 JLMG
Cable de Potencia
Otro factor que debería ser tomado en cuenta es la
temperatura en la superficie
Por ejemplo, si la temperatura de fondo del pozo
para una aplicación específica es 180°F, podría
utilizarse el cable Redalene (PPEO).
Pero si la temperatura en la superficie está en el
rango de -70°F (o menor), el cable podría sufrir
daño al pasar alrededor de la rueda guía durante la
instalación.

58. 58 JLMG
Cable de Potencia
Es posible que se tenga que usar un cable de
mayor temperatura o por lo menos contener el
cable dentro una caseta con temperatura
controlada antes de la instalación.

59. 59 JLMG
Cable de Potencia
Tratamientos químicos:
Un cable puede ser apropiado para las condiciones
de fondo, pero si se provee un tratamiento químico
en el pozo, se debería considerar el efecto de los
productos químicos de tratamiento para asegurar
que estos no causarán daño al cable.

60. 60 JLMG
Cable de Potencia
Hay una gran variedad de cables sumergibles
disponible y éstos están diseñados para funcionar
en muchas aplicaciones diferentes tales como baja
temperatura, alta temperatura, alta presión, mucho
gas libre, productos químicos corrosivos, etc.
Si no existe un cable para una aplicación
específica, es fácil fabricar uno especial cuando
sea necesario.
Click Here to
View Cable

61. 61 JLMG
Camisa de polietileno Alta
Densidad
Nota: Sin Armadura
Conductores
7 hilos
trenzados
3KV es
Blanco
5KV es Verde
Cable Típico para Muy Baja Temperatura
Aislamiento Primario (PPE)
Polipropileno/Etileno

62. 62 JLMG
Conduct
or
Sólido
Aislamiento
Primario (EPDM)
Barrera de
Cinta
Malla
Protectora
Armadura
Metálica
de
perfil bajo
Cable Plano Típico para Temperatura Media
Camisa de
Nitrilo

63. 63 JLMG
Cable Típico de Alta Temperatura
Conductores
7 hilos trenzados
Aislamiento Primario
(EPDM)
Camisa de EPDM
Armadura
Metálica

64. 64 JLMG
Conductor
Camisa de Plomo
Malla Protectora
Armadura
Metálica de
perfil bajo
Cable de Alta Temperatura
Aislamiento Primario
(EPDM)

65. 65 JLMG
Conductor
Sólido
Aislamiento Primario
Kapton
Camisa de Plomo
Malla Protectora
Armadura
Metálica de
perfil bajo
Cable de Extensión del Motor
Aislamiento Secundario
(EPDM)

66. 66 JLMG
Cable de Potencia
Armadura
1) Acero Inoxidable
2) Galvanizada Doble