REDES SUBTERRÁNEAS Cables Subterráneos.

REDES SUBTERRÁNEAS Cables Subterráneos.

REDES SUBTERRÁNEAS
Cables Subterráneos.Nomenclatura.Se emplea nomenclatura normalizada por las normas VDE; es la siguiente:
N
K
S
A
B
F
R
Z
G
Gb
Cobre.
Plomo.
Pantalla de cobre.
Cubierta de yute.
Armadura de fleje de acero.
Armadura de alambre plano.
Armadura de alambre redondo.
Armadura de alambre de perfil 3.
Contra espiral de un alambre chato en sentido contrario de la armadura.
Cinta de acero sobre la armadura aplicada en dirección opuesta y
cubriendo por lo menos el 50 %
Y
Plásticos o termoplásticos
Pe
Polietileno
XLPE Polietileno reticulado
Ejemplos:
NKY - Cable de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite, con envoltura
de plomo y forro externo de termoplástico.
NKBA- Cable de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite, envoltura de
plomo, cubierta protectora interior, armadura de fleje de acero y cubierta
exterior de yute alquitranado.
NYY - Cable de cobre con aislamiento termoplástico y forro exterior termoplástico.
NYSY - Cable de cobre, aislamiento termoplástico, pantalla de cinta de cobre y cubierta
exterior de termoplástico.
Además se debe agregar los datos que indiquen el número de conductores, la sección, la
forma del conductor, su estructura y la tensión nominal.
- Conductores de sección circular con una “r”
- Conductores de sección sectorial con una “s”
- Conductores unifilares con una “e”
- Conductores multifilares con una “m”
Ejemplos:
NKY 3x35 re 10 kV
NYY 3x35 sm 1 kV
Naturaleza y Características.-
Cubierta exterior
Cubierta protectora
Aislamiento
Alma o Conductor
- Almas.- Son de cobre electrolítico recocido, cableados, pueden ser circulares o
sectoriales, pueden ser compactos.
Secciones mínimas.- RP - 16mm2 - cables multipolares.
25mm2 - cables unipolares.
RS - 6 mm2 - conductor de fase o neutro.
Conductor neutro- Cuando fase no es mayor de 10mm2, hasta la
sección de fase; cuando es mayor la mitad de
sección de fase con un mínimo de 10mm2.
Nunca debe ser menor de 6mm2.
- Aislamiento.- Puede ser cintas de papel impregnadas de una materia aislante, por
material termoplástico o polietileno reticulado.
- Cubiertas Protectoras.·
Pantalla.- Cables de campo eléctrico radial llenan una cubierta conductora o
semiconductora sobre el aislante de cada conductor.
·
Cubiertas metálicas.- Cables con aislamiento de papel impregnado están protegidos
mediante una cubierta continua metálica axial al cable de plomo o aleación de este.
Los cables con aislamiento termoplástico pueden llevar dicha cubierta cuando sea
requerida, según la instalación.
·
Armaduras.- Los cables pueden llevar una armadura flexible de metal duro (hierro,
acero, etc.) destinada a proteger el cable contra acciones mecánicas exteriores, ejm:
asentamiento de un edificio, o zonas de apoyos de puentes.
·
Cubiertas Exteriores.- Los aislamientos, cubiertas metálicas y armaduras deben
protegerse con una cubierta de material termoplástico y otros. En ella va la marca
del fabricante y otros datos.
Capacidad de Corriente.Ley Ohm Térmica
La ley de Ohm empleada en circuitos eléctricos expresa:
DV = IR
DV = caída de tensión entre dos puntos.
I = intensidad de corriente.
R = resistencia al paso de la corriente.
Existe una fórmula semejante para la caída de temperatura entre los puntos, se le llama
ley de “ Ley de Ohm Térmica”.
Dt = WR
Dt = caída de temperatura, °C
W = cantidad de calor, W
R = resistencia térmica del medio ( °C - cm / w )
Corriente Admisible en un Cable
El caso más simple es el de un conductor unipolar, ubicado en un medio homogéneo.
tc
ta
R
Debido al paso de una corriente I por un conductor, éste se ha calentado hasta una
temperatura tc, estabilizada cuando el calor producido en el cable se transmite
íntegramente al exterior, debido a la diferencia de temperatura.
DT = Tc - Ta
Suponiendo que el calor producido sólo se debe al paso I
W c = Rc I 2
Rc = resistencia eléctrica del conductor, Ohm.
I = corriente en A.
De ambas expresiones, en la Ley de Ohm Térmica se tiene:
\
T c - T a = R cI 2 R
________
I = Ö tc - ta
RcR
Donde :
Tc = temperatura máxima que puede alcanzar el conductor ( limitada por el
aislante ), °C
Ta = temperatura ambiente, °C
Rc = resistencia del conductor a la corriente eléctrica, Ohm.
R = resistencia térmica del terreno y cubiertas del cable, °C - cm
W
Se sabe que
Rc = r L
S
L = long. del conductor (podemos tomar L = 1m ).
r = resistividad del conductor.
S = sección transversal del conductor.
\
________
I = Ö S(tc – ta)
rR
Se observa que la corriente que puede transportar un cable depende, además de la
sección del conductor, de la temperatura ambiente, la máxima temperatura que soportan
los aislantes, la resistividad del conductor y la resistividad térmica de los aislantes y el
medio que rodea al conductor.
Además, la corriente es proporcional a la raíz cuadrada de la sección, por lo tanto para
transmitir la mitad de corriente, sólo se necesita la cuarta parte para la sección; por lo
que en algunos casos conviene colocar dos (2) conductores en paralelo, dependiendo
del corto, pues se debe considerar el aislamiento y cubierta de cada cable.
Realmente en la práctica se tiene:
- Además de pérdidas por efecto Joule, en el conductor hay un incremento de pérdidas
por efecto superficial y de proximidad en corriente alterna.
- Existen pérdidas en los dieléctricos por efecto capacitivo.
- Pérdidas en los recubrimientos metálicos, si el cable por corrientes parásitas.
- Pérdidas en los tubos metálicos, si el cable va instalado en dichos tubos.
- Generalmente los cables tienen más de un conductor (2,3 ó 4).
- La corriente en el cable no es constante, varia de acuerdo al diagrama de carga.
- Generalmente se instala varios cables por lo que se altera la temperatura del medio
ambiente.
- Los aislantes presentan gran resistencia al paso del calor, la resistividad térmica del
terreno es variable, según las estaciones climáticas y humedad.
Para el cálculo de la corriente se puede emplear la Publicación 287 de la IEC “Calculo
de la corriente nominal de cables con 100% de factor de carga”.
La corriente nominal alterna de un cable puede ser derivada de la expresión para la
elevación de la temperatura sobre el medio ambiente.
DT = (I2 R + ½ Wd) T1 + [I2R (1+ l1)+ Wd ] nT2 +[ I2R(1+l1 +l2) + Wd] n (T3 + T4)
Donde :
I = corriente de un conductor - A
DT = elevación de temperatura en el conductor sobre la temperatura ambiente - oC
R = resistencia a corriente alterna por unidad de longitud de un conductor a la máxima
temperatura de operación W/cm
Wd= pérdida dieléctrica por unidad de longitud para el aislamiento alrededor del
conductor W/cm
T1 = Resistencia térmica por unidad de longitud entre un conductor y el revestimiento o
C - cm/w
T2 = Resistencia térmica por unidad de longitud del relleno entre el revestimiento y la
armadura o blindaje - oC - cm/w.
T3 = Resistencia térmica por unidad de longitud del forro externo del cable - o C cm/w
T4 = Resistencia térmica por unidad de longitud entre la superficie del cable y el medio
alrededor - o C - cm/w
n = números de conductores en el cable (igual sección y transportan la misma carga).
l1 = relación de pérdidas entre el revestimiento metálico y las pérdidas totales en todos
los conductores.
l2= relación de pérdidas entre la armadura y las pérdidas totales en todos los
conductores.
La corriente permisible es obtenida como sigue:
I=
[
Dt - Wd [½ T1 + n (T2 + T3 + T4 ) ]
]
RT1 + nR( 1+ l1 )T2 + nR (1+l1 +l2 ) + Wd] n (T3 + T4 )
½
Capacidad de Corriente - Tablas del C.N.E.
- Las tablas dadas por el C.N.E. son para la siguiente clase de servicio: Un período de
operación continua de 10 horas como máximo, predominantemente a plena carga,
seguido de otro período de al menos la misma duración, con una carga máxima del 60%
de la plena carga.
- En el caso de carga permanente y constante, los valores deben reducirse con un factor
de 0.75.
- La disposición de los cables es un cable multipolar por separado; o tres cables
unipolares en disposición horizontal o en triángulo.
- Los parámetros considerados son:
·
Resistividad térmica del suelo - 100oC x cm/w
·
Profundidad de tendido {0.70 m RP
{0.60 m RS
·
Temperatura del suelo a la profundidad de tendido 20oC
(Ver tablas de pág. 51 a 62 y 111 a 113)
Cualquier otra condición fuera de las especificadas implicará regímenes de operación
fuera de las condiciones normales, por lo que los valores de capacidad de corriente
deben ser afectados de los factores de corrección según sea el caso:
·
Factor de corrección relativo a temperatura del suelo.
·
Factor de corrección relativo a la resistividad térmica del suelo.
·
Factor de corrección relativo a la proximidad de otros cables.
·
Factor de corrección relativo a la profundidad de tendido.
- La capacidad de corriente de cables tendidos en ductos está dada para las siguientes
condiciones:
·
Temperatura del suelo...............................................................200C
·
Resistencia térmica del suelo...................................................1000C - cm/w
·
Profundidad de tendido..............................................................1,20 m - RP
1,00 m - RS
·
Resistividad térmica del material que constituye el ducto.........1000C - cm/w
También se aplicarán factores de corrección cuando las condiciones son distintas.
Ubicación de subestaciones y Circuitos
Se ubican en el centro de carga eléctrica, lo más cercano a el, los circuitos van a ambos
lados de la calle, debajo de las aceras, la distribución de la vía es:
SP
AP Agua
Desagüe
Agua
SP
Circuitos a
ambos lados
Cables Multipolares NKY – 10kV
Sección
R(70 ºC)
X
Z(W/km) (cos f= 0.3)
(mm2)
3x6
3x10
3x16
3x25
3x35
3x50
3x70
3x95
(W/km)
3,69
2,19
1,38
0,871
0,628
0,464
0,325
0,231
(W/km)
0,152
0,148
0,144
0,128
0,117
0,114
0,109
0,103
3,3872
2,0355
1,3048
0,8397
0,6162
0,4673
0,34
0,2366
Cables Trifásicos NYY - 0,6/ 1kV
Sección
(mm2)
R(80ºC)
(W/km)
X
(W/km)
F.C.T
3f (380/220V)
3x6
3x10
3x16
3x25
3x35
3x70
3x95
3x120
3x150
3x240
3x300
3x400
3x500
3x800
3,6823
2,2071
1,3792
0,8824
0,4412
0,3151
0,2323
0,1829
0,1471
0,0914
0,0729
0,0544
0,0433
0,0272
0,12
0,118
0,118
0,111
0,110
0,103
0,103
0,103
0,098
0,098
0,098
0,095
0,094
0,090
0,00566
0,00343
0,002177
0,001418
0,000749
0,000553
0,000428
0,000357
0,000295
0,000210
0,000182
0,000152
0,000135
0,000107
Ejemplo: Cálculo de RS:
Cable NYY - 3 f; directamente enterrado en terreno formado de arena con algo de
arcilla y piedras medianas, sin compactación, seco, temperatura ambiente máxima de
35ºC, tensión 220V, 6 W/m2, área por vivienda 160 m2, factor de potencia 0,9 (atraso),
temperatura máxima admisible en el cable = 80ºC
S.E.A
Punto
Nc
1
6
2
-
2,1
6
Circuito Nº 1 - S.Particular
3
3,1
4
5
6
6
-
5,1
6
6
-
6,1
8
7
4
S Nc
FS
Pot(S.P)
(kW)
42
0,5
36
0,5
6
0,5
30
0,5
6
0,5
24
0,5
18
0,5
6
0,5
12
0,5
8
0,5
4
0,5
20,16
17,88
2,88
14,4
2,88
11,52
8,64
2,88
5,76
3,84
1,92
Pot
(C.E.)
(kW)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
SP (C.E.)
(kW)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
20,16
17,28
2,88
14,4
2,88
11,52
8,64
2,86
5,76
3,84
1,92
58,8
87,8
50,4
75,2
8,4
12,5
42
62,7
8,4
12,5
33,6
50,2
25,2
37,6
8,4
12,5
16,8
25,1
11,2
16,7
5,6
8,4
16
30
3,94
3,94
16
30
3,38
7,32
6
90
4,40
11,72
16
20
1,88
9,2
6
30
1,47
10,67
6
30
5,87
15,07
6
30
4,4
19,47
6
80
3,92
23,39
6
12
1,17
20,64
6
40
2,61
23,25
6
70
2,28
22,92
Pot.
Total
(kW)
I(A)
Ia(A)
S (mm2)
L (m)
DV(V)
SDV(V)
Pot. (SP) (kW) = S Nc x Fs. x P máx (W) x 1
Consumidos 1000
I(A) =
Pot. Total (kW) x 1000
Ö 3 x V x Cos f
Ia = corriente aparente
Ia =
I
Producto de factores de corrección
.
Factores de corrección
- Resistencia térmica del suelo = 200ºC - cm/w. Factor de corrección por resistencia
térmica del terreno de 200 ºC - cm/W
0,77
2
(suponiendo sección de 35 a 90 mm )
- Factor de corrección por temperatura ambiente de 35ºC ________________ 0,87
Ia =
I
=
I _
0,77 x 0,87
0,6699
Ejemplo: Cálculo de RP.
Se emplea cable NKY – 3 f - 10 kV, condiciones idénticas al problema anterior,
temperatura admisible en cable 70 ºC.
Tramo
4-3
3-2
2.1-2
2-1
1.CT
P(kVA) SP(kVA)
50
50
50
100
50
50
150
50
200
I=
L (km)
0,290
0,018
0,160
0,200
0,080
S P (kVA)
Ö3 x 10
I(A)
2,88
5,77
2,88
8,66
11,55
Ia (A)
4,13
8,27
4,13
12,42
16,57
SPxL
14,5
1,8
8
30
16
S(mm2)
16
16
16
16
16
(%)DV
0,019
0,0023
0,0104
0,0391
0,0208
(%)SDV
0,0812
0,0622
0,0703
0,0599
0,0208
= SP (kVA)
17.32
DV(%) = kVA x L x Z
10 x V2
Factores de corrección.- Resistencia térmica del suelo = 200ºC - cm/W
Factor de corrección (suponiendo
sección de 16 mm2 - hasta 25 mm2)
mínima por cables multipolares.
0,83
- Factor de corrección por temperatura ambiente de 35ºC ____________________0,84
Ia =
I
=
I _
0,83 x 0,84
0,6972
Comprobación por cortocircuito.Para ello se debe conocer la potencia de cortocircuito en el punto de alimentación _SE.
60/10kV, dado por el Concesionario del Servicio Eléctrico.
Por normalización de los equipos de protección se exige que estos tengan un poder de
ruptura de 200 a 250 MVA.
- Supongamos para el problema una PCC = 100 MVA, y la apertura del equipo de
protección en 0,2s.
PCC = Potencia de cortocircuito -> corriente máxima de c.c. a la tensión nominal.
Poder de Ruptura = La máxima corriente de c.c. que puede (abrir) interrumpir un equipo
de protección a la tensión nominal.
Icc (A) = PCC (MVA) x 1000 = 100 MVA x 1000 = 5 780,3 A
Ö 3 x 10kV
Ö 3 x 10kV
De curva (condiciones supuestas t inicial = 85ºC, t final = 160ºC)
para 16 mm2 y 0,2 s se puede llegar a 7 500 A
7 500 A
>
El cable estará bien diseñado.
5 780 A
Existen fabricantes que recomiendan lo siguiente:
Icc = 110 x S
Öt
Para Cu, asume que los cables están inicialmente a 60º C y temperatura al fina del C.C.
no sobrepasa 150º C
Icc = corriente de cortocircuito (A)
S = sección conductor Cu (mm2 )
t = tiempo duración del corto circuito (s)