Sesion 4 - Curso de FORMACION en Cables de Energia para Media y Alta Tension

4,837 views

Published on

* Cálculos térmicos y corrientes admisibles : En servicio permanente, En régimen de sobrecarga, Cargas cíclicas, Servicio intermitente, Corrientes de cortocircuito
* La elección del cable : Definición de la tensión nominal de un cable, Tensión nominal de la red, Sobretensiones, Construcción del cable, Correspondencia entre Uo/U y Um, Elección del nivel de aislamiento de los cables
* Accesorios para cables : Principios generales, Terminales, Empalmes, Conectores enchufables, Derivaciones

Published in: Technology, Business
  • Be the first to comment

Sesion 4 - Curso de FORMACION en Cables de Energia para Media y Alta Tension

  1. 1. Junio 2010 SISTEMAS DE CABLES DE ENERGÍA PARA MEDIA Y ALTA TENSIÓN 4ª Sesión Manuel Llorente http:// www.leonardo - energy.org / espanol /?p=191 en ESPAÑOL
  2. 2. Índice <ul><li>Cálculos térmicos y corrientes admisibles </li></ul><ul><li>La elección del cable </li></ul><ul><li>Accesorios para cables </li></ul>
  3. 3. Cálculos térmicos y corrientes admisibles Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Diseño térmico de un cable Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica
  4. 4. <ul><li>Depende de la transmisión de calor desde el conductor donde se genera hasta el exterior del cable, atravesando todas sus capas </li></ul><ul><li>Se requiere una buena conductividad térmica para evacuar correctamente el calor y evitar un aumento excesivo de la temperatura del cable </li></ul>Evacuación del calor generado por la carga del cable Calor Cálculos térmicos y corrientes admisibles
  5. 5. <ul><li>El calor evacuado es proporcional a la diferencia de temperatura y a la conductividad térmica del material </li></ul>Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Diseño térmico de un cable Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Cálculos térmicos y corrientes admisibles H: Flujo de Calor T1 T2 Δθ = T1 – T2
  6. 6. <ul><li>La resistividad térmica (ºK•cm/W) de un material es una característica intrínseca del mismo y se puede definir como “el valor de la diferencia de temperatura, en grados ºK, entre las dos caras opuestas de un cubo de un centímetro de arista, que permite el paso de un vatio de calor” </li></ul>1 Watio (calor) T1 T2 Resistividad térmica = Δθ = T1 – T2 Resistividad térmica 1 cm El cable, en servicio permanente, debe ser capaz de evacuar el calor generado por las pérdidas sin sobrepasar, en ningún momento, una temperatura en el conductor, que pudiera poner en peligro su funcionalidad. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Diseño térmico de un cable Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Cálculos térmicos y corrientes admisibles
  7. 7. Q G = n·R E ·I 2 Calor generado = Calor disipado Q G = Q D Q D = Δθ/R t n : número de conductores R E : resistencia eléctrica Δθ : diferencia de temperatura entre el conductor y el ambiente que lo rodea Rt : resistencia térmica Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Calor Q
  8. 8. Intensidad máxima admisible Q G = Q D n·R E ·I 2 = Δθ/R t I 2 = Δθ/R t ·n·R E I = ( Δθ/R t ·n·R E ) 1/2 n : número de conductores R E : resistencia eléctrica Δθ : diferencia de temperatura entre el conductor y el ambiente que lo rodea Rt : resistencia térmica Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles
  9. 9. Intensidad máxima admisible es función del material aislante I = ( Δθ /R t ·n·R E ) 1/2 Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Material Densidad (en g/cm 3 ) Temperaturas admisibles (en ºC) mínima de servicio sobrecarga Cortocircuito XLPE 1,05 -50 90 110 250 HEPR 1,30 -40 105 130 250 EPR 1,20 -40 90 130 250
  10. 10. EJEMPLO I A = ((90º - 40º)/R t ·n·R E ) 1/2 I A = (50/R t ·n·R E ) 1/2 <ul><li>Sea un cable aislado con una mezcla de EPR convencional (90 ºC de servicio), instalado en unas condiciones determinadas que, según las tablas correspondientes, puede transportar I A amperios. </li></ul><ul><li>Se desea determinar que intensidad (I B ) podría transportar un cable de la misma sección, aislado con HEPR , debido a su mayor temperatura de servicio (105 ºC). </li></ul><ul><li>Sea la temperatura ambiente, en ambos casos, de 40ºC </li></ul>I B = ((105º - 40º)/R t ·n·R E ) 1/2 I B = (65/R t ·n·R E ) 1/2 I B / I A = (65 / 50) 1/2 I B = 1,14 · I A Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles
  11. 11. Rt : parámetro a cuantificar I = (Δθ/ Rt ·n·R E ) 1/2 <ul><li>Esta resistencia esta constituida por un conjunto de resistencias térmicas parciales, unas en serie y otras en paralelo </li></ul>Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica
  12. 12. Cable al aire Conducción Convección Radiación Desde el conductor hasta el aire a través de aislamiento y cubiertas Entre la cubierta y el aire que la rodea Despreciable Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica
  13. 13. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencia térmica de un cable tendido al aire
  14. 14. Cable enterrado Conducción en el cable Conducción en el terreno Radiación Desde el conductor a través de aislamiento y cubiertas Desde la cubierta del cable a través del terreno Despreciable Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica
  15. 15. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencia térmica de un cable enterrado
  16. 16. Resistividades térmicas Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica CUBIERTAS ρ t K•cm/W PVC 650 PE termoplástico 350 Materiales fibrosos 600 AISLANTES ρ t K•cm/W XLPE 300 EPR 400 P 550 OF 500 MATERIALES PARA CONDUCTOS ρ t K•cm/W Cemento 100 Fibra 480 Amianto 200 Tierra de relleno 120 PVC 700 PE termoplástico 350
  17. 17. FACTOR DE FORMA o Factor Geométrico <ul><li>Las dimensiones y formación del cable influyen en el valor de la resistencia térmica. Esta puede calcularse fácilmente en el caso de cables unipolares en los que el calor fluye radialmente desde el conductor. </li></ul><ul><li>Sin embargo, el problema se complica en el caso de los cables multiconductores, debido a la distorsión de las líneas de fluencia del calor. </li></ul><ul><li>Este problema se ha resuelto haciendo uso de los denominados ”factores geométricos” (F.G.) </li></ul>Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica
  18. 18. Factor Geométrico Cable tripolar Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica <ul><li>Para un cable tripolar la norma UNE 21144 facilita el valor del factor geométrico en este gráfico </li></ul>
  19. 19. <ul><li>L : longitud del cable en km </li></ul><ul><li>e : espesor del aislamiento térmico </li></ul><ul><li>r i : radio interior de la capa aislante </li></ul>Conducción en el seno del cable Conducción Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales
  20. 20. R ext = 1 / [ Π · d ext · h · Δθ S 1/4 ] <ul><li>R ext : Resistencia térmica exterior </li></ul><ul><li>d ext : diámetro exterior del cable </li></ul><ul><li>h : coeficiente de disipación de calor (3 ~ 4) </li></ul><ul><li>Δθ S 1/4 : sobrecalentamiento de la superficie del cable (20ºC) </li></ul>Cable al aire Convección Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales
  21. 21. Cable al aire protegido de la radiación solar Cable al aire expuesto al sol Un solo cable Varios cables en contacto / al tresbolillo… Disposición horizontal / vertical Factores que afectan a la disipación de calor Cable al aire Convección Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales
  22. 22. <ul><li>L : distancia desde la superficie del suelo al eje del cable </li></ul><ul><li>r ext es el radio exterior del cable. </li></ul>Conducción en el terreno L r ext Cable enterrado Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales
  23. 23. <ul><li>R T4 - resistencia térmica entre la superficie del conducto y el terreno </li></ul><ul><li>R T4´ - resistencia térmica del volumen de aire que hay entre la superficie del cable y del interior del conducto. </li></ul><ul><li>R T4” - resistencia térmica del conducto. Si es metálico no se considera. </li></ul>Conducción en el terreno Cable enterrado dentro de un conducto o tubo Resistencia total = R T4 + R T4´ + R T4 ” Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales
  24. 24. Temperatura de servicio del cable Factores determinantes Facilidad de disipación de calor Condiciones medioambientales y de instalación I = (Δθ/Rt·n·R E ) 1/2 Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga
  25. 25. Cable de mayor sección Menores pérdidas Otros factores Caída de tensión Intensidad de cortocircuito Longitud de la línea Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga
  26. 26. Exposición al sol El máximo salto térmico admisible Δθ se reduce en una cuantía equivalente a: σ ·d ext ·H·R ext <ul><li>σ : coeficiente de absorción de los rayos solares. Según el color de la cubierta se aproxima al negro, el coeficiente σ se aproxima al valor 1. En la práctica varía entre 0,6 y 0,8 </li></ul><ul><li>dext : diámetro exterior del cable. </li></ul><ul><li>H : es la intensidad de la radiación solar, se toma el valor de 1000 W/m2. </li></ul><ul><li>Rext es la resistencia térmica exterior por convección </li></ul><ul><ul><li>Rext = 1 / [ Π · d ext · h · Δθ S 1/4 ]. </li></ul></ul>Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga
  27. 27. El nuevo Reglamento de Líneas de Alta Tensión recomienda un factor de corrección de 0,9, esto es, la intensidad especificada en las tablas de carga correpondientes se reducirá un 10% Generalmente se considera una disminución del salto térmico de 20 K Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Exposición al sol
  28. 28. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Factores afectando el cálculo Tablas de carga Factores de corrección Temperatura ambiente Tipo de instalación Otros cables presentes Indican la intensidad admisible en condiciones “tipo” Ajuste de condiciones “tipo” a las condiciones reales del proyecto
  29. 29. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Condiciones “tipo” INSTALACIÓN ENTERRADA Norma UNE 211 435 y nuevo “Reglamento de Líneas de Alta Tensión” INSTALACIÓN AL AIRE Cables de aislamiento seco hasta 18/30 kV : un terno de cables unipolares directamente enterrado en toda su longitud a 1 metro de profundidad (medido hasta la parte superior del cable), en un terreno de resistividad térmica de 1,5 K•m/W, con una temperatura ambiente del terreno a dicha profundidad de 25 ºC y con una temperatura del aire ambiente de 40 ºC. Cables de aislamiento seco hasta 18/30 kV : un terno de cables unipolares , agrupados en contacto, con una colocación tal que permita una eficaz renovación del aire, protegidos del sol, siendo la temperatura del medio ambiente de 40 ºC.
  30. 30. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Instalación enterrada 470 600 445 560 430 540 400 410 530 390 490 375 480 300 365 470 345 440 335 425 240 315 405 295 380 285 370 185 275 360 260 340 255 325 150 245 320 235 300 225 290 120 215 280 205 265 200 255 95 180 235 170 225 165 215 70 145 190 140 180 135 175 50 125 160 120 155 115 145 35 105 135 100 130 96 125 25 Al Cu Al Cu Al Cu HEPR XLPE EPR Sección mm 2 Intensidades máximas admisibles (A) en servicio permanente y con corriente alterna - Cables unipolares aislados de hasta 18/30 kV directamente enterrados
  31. 31. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Instalación al aire 660 840 610 790 570 740 400 565 725 520 680 490 630 300 495 630 455 590 425 550 240 415 535 385 500 360 465 185 360 465 335 435 315 405 150 320 410 295 385 275 355 120 275 355 255 335 240 310 95 225 295 210 275 195 255 70 180 230 170 220 155 205 50 150 195 145 185 130 170 35 125 160 120 155 110 140 25 Al Cu Al Cu Al Cu HEPR XLPE EPR Sección mm 2 Intensidades máximas admisibles (A) en servicio permanente y con corriente alterna - Cables unipolares aislados de hasta 18/30 kV instalados al aire
  32. 32. Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Factores de corrección Intensidad bajo condiciones “tipo” Factor de Corrección Intensidad en condiciones de proyecto Ejemplo Sea un cable HEPR, de cobre, de 150 mm2 de sección instalado al aire que, en condiciones tipo, puede soportar 465 A. Se desea saber cual será su intensidad admisible cuando se encuentre con una temperatura ambiente de 30 ºC I = (Δθ/R t ·n·R E ) 1/2 I 30º / I 40º = [(Δθ+10)/(Δθ)] 1/2 FC = I 30º / I 40º = (60/50) 1/2 ≈ 1,1
  33. 33. Resistencia térmica Factores de corrección Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga I = (Δθ/R T ·n·R E ) 1/2 Δθ = I 2 ·R T ·n·R E <ul><li>Cuando un cable trabaja sobrecargado se calienta exageradamente </li></ul><ul><li>La temperatura de emergencia no debe sobrepasar, en ningún caso unos 30 ó 40 K, la temperatura de servicio y, esto, durante un tiempo muy limitado </li></ul><ul><li>Por cada 10 K de aumento sobre la temperatura de servicio permanente se reduce la vida útil del cable a la mitad. </li></ul><ul><li>Esto es, un cable al que se la hace trabajar permanentemente 30 K por encima de su temperatura máxima de servicio, se le reduce su vida útil a poco más del 10% de la prevista por el fabricante </li></ul>Servicios de emergencia
  34. 34. Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Δθ = Δθ n · [1 – e (-t/ δ ) ] Δθ n = I 2 ·R T ·n·R E salto térmico final, al que se llega cuando se ha alcanzado el equilibrio térmico δ = Q C ·R T Constante de tiempo = capacidad térmica o calor específico (Q C ) x resistencia térmica (R T ) <ul><li>Esta fórmula permite obtener el tiempo máximo al que se puede someter un cable a una sobrecarga </li></ul>
  35. 35. Cortocircuitos Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Servicios intermitentes N = I intermitente / I servicio = [(1 – e (-t 2 / δ ) ) / (1 – e (-t 1 / δ ) )] 1/2
  36. 36. Servicios intermitentes Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Cortocircuitos <ul><li>Sobrecarga de gran intensidad y de muy corta duración, no superior a los cinco segundos . </li></ul><ul><li>En este supuesto, los periodos de carga son tan reducidos en comparación con los de desconexión, que se puede suponer el calentamiento adiabático, despreciando la disipación de calor al medio ambiente durante el tiempo que dura el cortocircuito. </li></ul>Cortocircuito <ul><li>Se admiten temperaturas finales más elevadas que las de servicio permanente </li></ul><ul><li>La temperatura final de cortocircuito para los aislamientos elastoméricos que venimos considerando (EPR, XLPE y HEPR) es de 250 ºC </li></ul>
  37. 37. Servicios intermitentes Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Cortocircuitos I CC 2 • t CC = K 2 • S 2 • ln[( β + θ f )/( β + θ i ) <ul><li>I CC - Intensidad de cortocircuito (valor eficaz en A) </li></ul><ul><li>t CC - Tiempo de duración del cortocircuito (en s) </li></ul><ul><li>K - Una constante que depende del material conductor. </li></ul><ul><li>S - Sección del conductor (en mm2) </li></ul><ul><li>θ f - temperatura final o de cortocircuito (generalmente 250 ºC) </li></ul><ul><li>θ i - temperatura inicial o de servicio permanente (generalmente 90 ºC) </li></ul><ul><li>β - inversa del coeficiente de variación de la resistencia a 0 ºC (en ºC). </li></ul><ul><li>ln - logaritmo neperiano. </li></ul>Norma UNE 21145
  38. 38. Servicios intermitentes Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Cortocircuitos Valores de K y β 234 228 230 202 226 148 41 78 Cobre Aluminio Plomo Hierro β K Material
  39. 39. Servicios intermitentes Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Cortocircuitos Esfuerzos electrodinámicos <ul><li>Definición del amperio: </li></ul><ul><li>“ El amperio es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de un metro uno de otro, en el vacío, produce entre estos conductores una fuerza igual a 2•10 -7 Newton por metro de longitud”. </li></ul><ul><li>En los cables eléctricos, estos esfuerzos son muy débiles en condiciones de servicio normal, pero son muy importantes en el caso de cortocircuitos. </li></ul>
  40. 40. Índice <ul><li>Cálculos térmicos y corrientes admisibles </li></ul><ul><li>La elección del cable </li></ul><ul><li>Accesorios para cables </li></ul>
  41. 41. La elección del cable <ul><li>Forma de instalación y naturaleza del medio recorrido. </li></ul><ul><li>Temperaturas ambiente extremas. </li></ul><ul><li>Tensión de servicio y naturaleza de la corriente. </li></ul><ul><li>Modalidad de puesta tierra de la instalación. </li></ul><ul><li>Intensidad a transportar. </li></ul><ul><li>Naturaleza del conductor. </li></ul><ul><li>Longitud del enlace y perfil del recorrido. </li></ul><ul><li>Factor de potencia de la instalación receptora. </li></ul><ul><li>Caída de tensión admisible. </li></ul><ul><li>Intensidad de arranque de los motores. </li></ul><ul><li>Valor de la intensidad de cortocircuito previsto y tiempo de corte del eventual defecto. </li></ul><ul><li>Régimen de funcionamiento y factor de utilización. </li></ul><ul><li>Previsión de años de amortización. </li></ul><ul><li>Tasa de interés de los capitales invertidos en la instalación. </li></ul><ul><li>Precio de adquisición del cable. </li></ul>Especificaciones y características Tensión Nominal Especificaciones
  42. 42. La elección del cable <ul><li>La tensión nominal de un cables es una tensión de referencia, que define las características constructivas y de ensayo del mismo, de acuerdo con las cuales se proyecta y fabrica éste. </li></ul>Definición Tensión Nominal Especificaciones <ul><li>U 0 es el valor eficaz de la tensión nominal entre un conductor aislado y tierra (revestimiento metálico o medio ambiente). </li></ul><ul><li>U es el valor eficaz de la tensión nominal entre dos conductores de fase aislados (en un sistema trifásico U = U 0 •3 1/2 . </li></ul>Se define como tensión máxima eficaz a frecuencia industrial (Um) al valor máximo, entre conductores de fase que será capaz de soportar, sin daño apreciable, el cable en servicio permanente.
  43. 43. La elección del cable <ul><li>La tensión compuesta, U, deberá ser por lo menos igual a la tensión nominal de la red sobre la que deberá instalarse. Los cables deben ser capaces de soportar la tensión máxima, Um, en servicio permanente </li></ul><ul><li>En la reglamentación española, en media tensión, Um es un 20% mayor que U. </li></ul>Determinación de la tensión nominal en cables de media tensión Tensión Nominal Especificaciones Tensión nominal de la red <ul><li>Deberán tomarse en consideración las sobretensiones debidas al funcionamiento de la red o a su explotación </li></ul>Sobretensiones esperadas y su duración <ul><li>En general, los cables de media y alta tensión son de campo radial, para corriente trifásica </li></ul>Construcción del cable Modo de vinculación del neutro a tierra
  44. 44. La elección del cable Reglamento de Líneas de Alta Tensión (España) Tensión Nominal Especificaciones (*) tensiones de uso preferente en las redes de distribución públicas. 45 60 75 95 125 145 170 250 325 550 650 1050 1425 3,6 7,2 12 17,5 24 30 36 52 72,5 123 145 245 420 3 6 10 15 20* 25 30 45 66* 110 132* 220* 380* 1,7 3,6 6 8,7 12 15 18 26 36 64 76 127 220 Impulsos tipo rayo U p (kV cresta) Tensión más elevada U m (en kV) Tensión entre fases U (en kV) Tensión fase/tierra U O (en kV)
  45. 45. La elección del cable Elección del nivel de aislamiento Tensión Nominal Especificaciones La tensión nominal del cable se elegirá de acuerdo con la tensión nominal de la red y con sus sistemas de puesta a tierra Tipos de redes CATEGORÍA A Los defectos a tierra se eliminan tan rápidamente como sea posible y, en cualquier caso antes de un minuto. CATEGORÍA B En caso de defecto, sólo funcionan con una fase a tierra durante un tiempo limitado, generalmente no superior a una hora. CATEGORÍA C Si se prevé que la red va a funcionar frecuentemente con un defecto a tierra durante largos periodos .
  46. 46. La elección del cable Tensión Nominal Especificaciones A-B 52 25 250 26/45 C A-B 36 30 170 18/30 C A-B 30 25 145 15/25 C A-B 24 20 125 12/20 C A-B 17,5 15 95 8,7/15 C A-B 12 10 75 6/10 C A-B 7,2 6 60 3,6/6 C 45 1,8/3 A-B 3,6 3 U p U O /U en kV Características mínimas del cable y sus accesorios. Categoría de la red Tensión más elevada de la red - U S (en kV) Tensión nominal de la red - U n (en kV)
  47. 47. Índice <ul><li>Cálculos térmicos y corrientes admisibles </li></ul><ul><li>La elección del cable </li></ul><ul><li>Accesorios para cables </li></ul>
  48. 48. Accesorios para cables Terminales <ul><li>En los extremos del cable el campo eléctrico debe adaptarse a la geometría de su entorno, por lo que se hará uso de unos elementos físicos que realicen esta adaptación </li></ul>Empalmes <ul><li>Las longitudes de las líneas exceden con mucho las posibilidades de capacidad de las bobinas o de los tambores en los que se suministran los cables. </li></ul>Considerando el ámbito de la media tensión (3 a 30 kV), se ha desarrollado y comercializado una serie de accesorios especialmente concebidos para su utilización por personal de menos nivel de cualificación que el requerido en alta tensión
  49. 49. Accesorios para cables Terminales Empalmes Terminal de cable <ul><li>Conjunto de elementos que sirven para cerrar el extremo de un cable, provisto de una o varias piezas metálicas para la conexión del conductor o conductores al sistema eléctrico correspondiente. Puede ser caja terminal o terminación- </li></ul>Caja terminal <ul><li>Caja de cierre hermético, rellena de material aislante, a donde se llevan los cables con el fin de permitir su conexión con los conductores exteriores. </li></ul>Terminación <ul><li>Terminal de cable obtenida mediante encintados, premoldeados, moldeados de resinas sintéticas u otros sistemas. </li></ul>Definiciones norma UNE 21115, relativa a los “Terminales y empalmes para cables de energía de 3,5/6 hasta 36/66 kV” Borne de conexión Cono deflector
  50. 50. Accesorios para cables Terminales Empalmes <ul><li>Los terminales clásicos son los que la norma denomina “cajas terminales” y van dotados de aisladores de porcelana rellenos de mezcla aislante acorde con la naturaleza del aislamiento del cable. Incluyen en su interior el cono deflector y según estén destinados a prestar servicio a la intemperie o bajo techado, el aislador irá dotado, o no, de aletas para alargar la línea de fuga de una descarga de contorneo del aislado </li></ul>Caja terminal En caso de atmósferas muy contaminadas, la línea de fuga tendrá una longitud: Línea de fuga (en cm) > 2,5 Umax (en kV) Línea de fuga (en cm) > 1,7 Umax (en kV)
  51. 51. Accesorios para cables Terminales Empalmes <ul><li>El control de los esfuerzos eléctricos se consigue con el empleo de conos deflectores premoldeados, cintas o materiales termo-retráctiles que controlan la transición de la líneas del campo eléctrico desde los valores elevados en el interior del cable hasta los mucho más bajos fuera del cable. </li></ul>Conos deflectores Regulación de las líneas de fuerza con ayuda del R.L.T
  52. 52. Accesorios para cables Terminales Empalmes Conos deflectores Cono deflector
  53. 53. Accesorios para cables Terminales Empalmes Empalme <ul><li>Según norma UNE 21115 se define: “3.2.- Empalme – Conjunto de elementos que sirve para la conexión de los conductores de un cable con los de otros sin merma de sus características”. </li></ul>Manguito de unión <ul><li>Según norma UNE 21115 se define: “3.2.1.- Manguito de unión.- Componente del empalme por medio del cual se realiza la unión y por tanto la continuidad eléctrica de los conductores.” </li></ul>Los materiales de un empalme deben ser compatibles con los elementos constitutivos del cable. Por otro lado no se debe olvidar que el propósito de un empalme es dar continuidad y prolongar un cable, por lo que deben satisfacer las mismas prestaciones que desarrolla el cable.
  54. 54. Accesorios para cables Terminales Empalmes Empalme por encintado <ul><li>Son aquellos en los que la reconstitución del cable, a excepción del conductor, que se une con el manguito, se lleva a cabo mediante la aplicación sucesiva de cintas de distintas características adecuadas a su función. </li></ul>Empalmes premoldeados en fábrica <ul><li>Los encintados se sustituyen por un conjunto de piezas premoldeadas que constituyen un “kit” de empalme. </li></ul>Empalme por encintado
  55. 55. Accesorios para cables Terminales Empalmes Empalme termo-retráctiles <ul><li>Materiales que, por la acción del calor suministrado por un equipo adecuado, se contraen en una proporción importante. </li></ul><ul><li>Suelen presentarse en forma de tubo, llevando integrado en una sola pieza la pantalla semiconductora interna, el aislamiento y la pantalla semiconductora externa. </li></ul><ul><li>Un peligro en la utilización de este tipo de empalme es el empleo de inadecuadas fuentes de calor, que podrían dañar el empalme o el cable </li></ul>Conectores enchufables <ul><li>También existen en el mercado una variedad de empalme premoldeado que permite la unión de un cable aislado a un equipo eléctrico o a otro cable, de tal manera que la conexión pueda ser establecida o interrumpida fácilmente, acoplando o separando las partes de unión del conector en la interfase operativa. </li></ul>
  56. 56. Accesorios para cables Terminales Empalmes

×