Sesion 5 - Curso de FORMACION en Cables de Energia para Media y Alta Tension
Sesion 4 - Curso de FORMACION en Cables de Energia para Media y Alta Tension
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Junio 2010
Manuel Llorente
SISTEMAS DE CABLES DE ENERGÍA
PARA MEDIA Y ALTA TENSIÓN
4ª Sesión
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191
en ESPAÑOL
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 2
Índice
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
La elección del cable
Accesorios para cables
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 3
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Diseño térmico de un cable
Resistencia térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de carga
Ley de Ohm térmica
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 4
Depende de la transmisión de calor desde el conductor donde se genera hasta el exterior del cable, atravesando todas sus capas
Se requiere una buena conductividad térmica para evacuar correctamente el calor y evitar un aumento excesivo de la temperatura del cable
Evacuación del calor generado por la carga del cable
Evacuación del calor generado por la carga del cable
Calor
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 5
El calor evacuado es proporcional a la diferencia de temperatura y a la conductividad térmica del material
H: Flujo de Calor
T1 T2
Δθ = T1 – T2
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
Circuito térmico Circuito eléctrico ·S V V·S H = = (en W) I = = (en A) Rt t·L Re e·L H = flujo de calor (en W) I = corriente eléctrica (en A) = diferencia de temperatura (en ºK) V = diferencia de tensión (en V) Rt = resistencia térmica (en t = ºK/W) Re = resistencia eléctrica (en e = V/A) t = resistividad térmica (en ºK·cm/W) e = resistividad eléctrica (en V·cm/I)
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 6
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”
1 Watio (calor)
T1 T2
Resistividad térmica =
Δθ = T1 – T2
Resistividad térmicaResistividad 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 intermitente
s
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
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 7
QG = n·RE·I2
Calor generado = Calor disipadoQG = QD
Calor generado = Calor disipadoQG = QD
Calor Q
QD = Δθ/Rt n : número de conductoresRE : 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 intermitente
s
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
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 8
Intensidad máxima admisibleIntensidad máxima admisible
QG = QD
n·RE·I2 = Δθ/Rt
I2 = Δθ/Rt·n·RE
I = (Δθ/Rt·n·RE)1/2
n : número de conductoresRE : 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 intermitente
s
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
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 9
Intensidad máxima admisible es función del material aislante
Intensidad máxima admisible es función del material aislante
I = (Δθ/Rt·n·RE)1/2
Material Densidad (en g/cm3)
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
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
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EJEMPLOEJEMPLO
IA = ((90º - 40º)/Rt·n·RE)1/2
IA = (50/Rt·n·RE)1/2
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 IA amperios.
Se desea determinar que intensidad (IB) podría transportar un cable de la misma sección, aislado con HEPR, debido a su mayor temperatura de servicio (105 ºC).
Sea la temperatura ambiente, en ambos casos, de 40ºC
IB = ((105º - 40º)/Rt·n·RE)1/2
IB = (65/Rt·n·RE)1/2
IB / IA= (65 / 50)1/2
IB = 1,14 · IA
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 11
Rt : parámetro a cuantificarRt : parámetro a cuantificar
I = (Δθ/Rt·n·RE)1/2
Esta resistencia esta constituida por un conjunto de resistencias térmicas parciales, unas en serie y otras en paralelo
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
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Cable al aireCable al aire
Conducción
Convección
Radiación
Desde el conductor hasta el aire a través de aislamiento y cubiertas
Desde el conductor hasta el aire a través de aislamiento y cubiertas
Entre la cubierta y el aire que la rodea
Entre la cubierta y el aire que la rodea
DespreciableDespreciable
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
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Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
Resistencia térmica de un cable tendido al aire
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 14
Cable enterradoCable enterrado
Conducción en el cable
Conducción en el terreno
Radiación
Desde el conductor a través de aislamiento y
cubiertas
Desde el conductor a través de aislamiento y
cubiertas
Desde la cubierta del cable a través del
terreno
Desde la cubierta del cable a través del
terreno
DespreciableDespreciable
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
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Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
Resistencia térmica de un cable enterrado
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 16
Resistividades térmicasResistividades térmicas
CUBIERTASρt
K•cm/W
PVC 650
PE termoplástico
350
Materiales fibrosos
600
AISLANTESρt
K•cm/W
XLPE 300
EPR 400
P 550
OF 500
MATERIALES PARA
CONDUCTOS
ρt
K•cm/W
Cemento 100
Fibra 480
Amianto 200
Tierra de relleno 120
PVC 700
PE termoplástico
350
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 17
FACTOR DE FORMAo Factor Geométrico
FACTOR DE FORMAo Factor Geométrico
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.
Sin embargo, el problema se complica en el caso de los cables multiconductores, debido a la distorsión de las líneas de fluencia del calor.
Este problema se ha resuelto haciendo uso de los denominados ”factores geométricos” (F.G.)
t Rt = · (F.G.) 2·
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
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Factor GeométricoCable tripolar
Factor GeométricoCable tripolar
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
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
Para un cable tripolar la norma UNE 21144 facilita el valor del factor geométrico en este gráfico
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 19
L : longitud del cable en km e : espesor del aislamiento térmico ri : radio interior de la capa aislante
Conducción en el seno del cable
Conducción en el seno del cable
Conducción
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Capacidad de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmicaResistencias térmicas parciales
dr dRt = t de donde: 2··r·L 2,3026 e Rt = · t · log 1 + 2··L ri
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 20
Rext = 1 / [ Π · dext · h · ΔθS1/4 ]
Rext : Resistencia térmica exterior
dext : diámetro exterior del cable h : coeficiente de disipación de calor (3 ~ 4) ΔθS
1/4 : sobrecalentamiento de la superficie del cable (20ºC)
Cable al aireCable al aire
Convección
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Capacidad de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmicaResistencias térmicas parciales
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 21
Cable al aire protegido de la radiación solar
Cable al aire protegido de la radiación solar
Cable al aire expuesto al sol
Cable al aire expuesto al sol
Un solo cableUn solo cable
Varios cables en contacto / al tresbolillo…
Varios cables en contacto / al tresbolillo…
Disposición horizontal /
vertical
Disposición horizontal /
vertical
Factores que afectan a la disipación de calor
Cable al aireCable al aire
Convección
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Capacidad de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmicaResistencias térmicas parciales
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 22
L : distancia desde la superficie del suelo al eje del cable rext es el radio exterior del cable.
Conducción en el terreno
Lrext
Cable enterradoCable enterrado
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Capacidad de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmicaResistencias térmicas parciales
t 4·L 2,3026 2·L RT4 = · = · t · log 2· dext 2· rext
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 23
RT4 - resistencia térmica entre la superficie del conducto y el terreno
RT4´ - resistencia térmica del volumen de aire que hay entre la superficie del cable y del interior del conducto.
RT4” - resistencia térmica del conducto. Si es metálico no se considera.
Conducción en el terreno
Cable enterrado dentro de un conducto o tubo
Cable enterrado dentro de un conducto o tubo
Resistencia total = RT4 + RT4´ + RT4 ”
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Capacidad de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmicaResistencias térmicas parciales
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 24
Temperatura de servicio del cable
Factores determinantesFactores determinantes
Facilidad de disipación de calor
Condiciones medioambientales y
de instalación
I = (Δθ/Rt·n·RE)1/2
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de
carga
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191
Cable de mayor sección
Menores pérdidas
25
Otros factoresOtros factores
Caída de tensión
Intensidad de cortocircuito
Longitud de la línea
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de
carga
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Exposición al solExposición al sol
El máximo salto térmico admisible Δθ se reduce en una cuantía equivalente a:
σ·dext·H·Rext
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
dext : diámetro exterior del cable.
H : es la intensidad de la radiación solar, se toma el valor de 1000 W/m2.
Rext es la resistencia térmica exterior por convección Rext = 1 / [ Π · dext · h · ΔθS
1/4 ].
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de
carga
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 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 intermitente
s
Cortocircuitos
Tablas de carga
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de
carga
Exposición al solExposición al sol
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 28
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de carga
Tablas de
carga
Factores afectando el cálculo
Factores afectando el cálculo
Tablas de cargaTablas de carga
Factores de corrección
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
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 29
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de carga
Tablas de
carga
Condiciones “tipo”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.
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 30
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de carga
Tablas de
carga
Inst
alac
ión
en
terr
ada
Inst
alac
ión
en
terr
ada
Intensidades máximas admisibles (A) en servicio permanente y con corriente alterna - Cables unipolares aislados de hasta 18/30 kV
directamente enterrados
Secciónmm2
EPR XLPE HEPR
Cu Al Cu Al Cu Al
25 125 96 130 100 135 105
35 145 115 155 120 160 125
50 175 135 180 140 190 145
70 215 165 225 170 235 180
95 255 200 265 205 280 215
120 290 225 300 235 320 245
150 325 255 340 260 360 275
185 370 285 380 295 405 315
240 425 335 440 345 470 365
300 480 375 490 390 530 410
400 540 430 560 445 600 470
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 31
Factores de corrección
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
térmica
Resistencias térmicas parciales
Capacidad de carga
Tablas de
carga
Inst
alac
ión
al
aire
Inst
alac
ión
al
aire
Intensidades máximas admisibles (A) en servicio permanente y con corriente alterna - Cables unipolares aislados de hasta 18/30 kV
instalados al aire
Secciónmm2
EPR XLPE HEPR
Cu Al Cu Al Cu Al
25 140 110 155 120 160 125
35 170 130 185 145 195 150
50 205 155 220 170 230 180
70 255 195 275 210 295 225
95 310 240 335 255 355 275
120 355 275 385 295 410 320
150 405 315 435 335 465 360
185 465 360 500 385 535 415
240 550 425 590 455 630 495
300 630 490 680 520 725 565
400 740 570 790 610 840 660
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191 32
Servicios de
emergencia
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencia
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
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/Rt·n·RE)1/2
I30º / I40º = [(Δθ+10)/(Δθ)]1/2
FC = I30º / I40º = (60/50)1/2 ≈ 1,1
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191
Resistencia térmica
Factores de corrección
33
Servicios de corta
duración
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesResistencias
térmicas parciales
Capacidad de carga
Tablas de carga
I = (Δθ/RT·n·RE)1/2
Δθ = I2·RT·n·RE
Cuando un cable trabaja sobrecargado se calienta exageradamente
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
Por cada 10 K de aumento sobre la temperatura de servicio permanente se reduce la vida útil del cable a la mitad.
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
Servicios de
emergencia
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191
Resistencia térmica
Resistencias térmicas parcialesServicios
de emergencia
Factores de corrección
34
Servicios intermitente
s
Cortocircuitos
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesCapacidad de carga
Tablas de carga
Servicios de corta duración
Δθ = Δθn · [1 – e(-t/δ)]
Δθn = I2·RT·n·RE
salto térmico final, al que se llega cuando se ha alcanzado el equilibrio térmico
δ = QC ·RT
Constante de tiempo = capacidad térmica o calor específico (QC) x resistencia térmica (RT)
Esta fórmula permite obtener el tiempo máximo al que se puede someter un cable a una sobrecarga
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191
Cortocircuitos
Capacidad de carga
Tablas de carga
Servicios de corta
duración
Resistencia térmica
Resistencias térmicas parcialesServicios
de emergencia
Factores de corrección
35
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisiblesServicios
intermitentes
N = Iintermitente / Iservicio = [(1 – e(-t2/δ)) / (1 – e(-t1/δ))] 1/2
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191
Servicios intermitente
s
Capacidad de carga
Tablas de carga
Servicios de corta
duración
Resistencia térmica
Resistencias térmicas parcialesServicios
de emergencia
Factores de corrección
36
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
Cortocircuitos
Sobrecarga de gran intensidad y de muy corta duración, no superior a los cinco segundos.
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.
CortocircuitoCortocircuito
Se admiten temperaturas finales más elevadas que las de servicio permanente
La temperatura final de cortocircuito para los aislamientos elastoméricos que venimos considerando (EPR, XLPE y HEPR) es de 250 ºC
http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=191
Servicios intermitente
s
Capacidad de carga
Tablas de carga
Servicios de corta
duración
Resistencia térmica
Resistencias térmicas parcialesServicios
de emergencia
Factores de corrección
37
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
Cortocircuitos
ICC2 • tCC = K2 • S2 • ln[(β+θf)/(β+θi)
ICC - Intensidad de cortocircuito (valor eficaz en A)
tCC - Tiempo de duración del cortocircuito (en s)
K - Una constante que depende del material conductor. S - Sección del conductor (en mm2)
θf - temperatura final o de cortocircuito (generalmente 250 ºC)
θi - temperatura inicial o de servicio permanente (generalmente 90 ºC)
β - inversa del coeficiente de variación de la resistencia a 0 ºC (en ºC).
ln - logaritmo neperiano.
Norma UNE 21145 Norma UNE 21145
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Servicios intermitente
s
Capacidad de carga
Tablas de carga
Servicios de corta
duración
Resistencia térmica
Resistencias térmicas parcialesServicios
de emergencia
Factores de corrección
38
Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
Cortocircuitos
Material K β
CobreAluminio
Plomo Hierro
2261484178
234228230202
Valores de K y β Valores de K y β
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Servicios intermitente
s
Capacidad de carga
Tablas de carga
Servicios de corta
duración
Resistencia térmica
Resistencias térmicas parcialesServicios
de emergencia
Factores de corrección
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Ley de Ohm térmica
Diseño térmico de un cable
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
Cortocircuitos
Esfuerzos electrodinámicos
Esfuerzos electrodinámicos
Definición del amperio: “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”.
En los cables eléctricos, estos esfuerzos son muy débiles en condiciones de servicio normal, pero son muy importantes en el caso de cortocircuitos.
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Índice
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
La elección del cable
Accesorios para cables
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La elección del cable
1) Forma de instalación y naturaleza del medio recorrido.
2) Temperaturas ambiente extremas.3) Tensión de servicio y naturaleza de
la corriente. 4) Modalidad de puesta tierra de la
instalación.5) Intensidad a transportar.6) Naturaleza del conductor.7) Longitud del enlace y perfil del
recorrido.8) Factor de potencia de la
instalación receptora.
9) Caída de tensión admisible.10) Intensidad de arranque de los
motores.11)Valor de la intensidad de
cortocircuito previsto y tiempo de corte del eventual defecto.
12)Régimen de funcionamiento y factor de utilización.
13)Previsión de años de amortización.14)Tasa de interés de los capitales
invertidos en la instalación. 15)Precio de adquisición del cable.
Especificaciones y características
Especificaciones y características
Tensión NominalEspecificacione
s
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La elección del cable
• 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.
DefiniciónDefinición
Tensión Nominal
Especificaciones
• U0 es el valor eficaz de la tensión nominal entre un conductor aislado y tierra (revestimiento metálico o medio ambiente).
• U es el valor eficaz de la tensión nominal entre dos conductores de fase aislados (en un sistema trifásico U = U0•31/2.
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.
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La elección del cable
• 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
• En la reglamentación española, en media tensión, Um es un 20% mayor que U.
Determinación de la tensión nominal en cables de media tensión
Determinación de la tensión nominal en cables de media tensión
Tensión Nominal
Especificaciones
Tensión nominal de la red
• Deberán tomarse en consideración las sobretensiones debidas al funcionamiento de la red o a su explotación
Sobretensiones esperadas y su duración
• En general, los cables de media y alta tensión son de campo radial, para corriente trifásica
Construcción del cable
Modo de vinculación del neutro a tierra
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La elección del cable
Reglamento de Líneas de Alta Tensión (España)
Reglamento de Líneas de Alta Tensión (España)
Tensión Nominal
Especificaciones
Tensión fase/tierraUO (en kV)
Tensión entre fasesU (en kV)
Tensión más elevada Um (en kV)
Impulsos tipo rayoUp (kV cresta)
1,7 3,6 6 8,7 12 15 18 26 36 64 76 127 220
3 6 10 15 20* 25 30 45 66* 110 132* 220* 380*
3,6 7,2 12 17,5 24 30 36 52 72,5 123 145 245 420
45 60 75 95 125 145 170 250 325 550 650 1050 1425 (*)
tens
ione
s de
uso
pre
fere
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en la
s re
des
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istrib
ució
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blica
s.
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La elección del cable
Elección del nivel de aislamientoElección 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 .
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La elección del cable
Tensión Nominal
Especificaciones
Tensión nominal de la
red - Un (en kV)
Tensión más elevada de la
red - US (en kV)
Categoría de la red
Características mínimas del cable y sus accesorios.
UO/U en kV Up
3 3,6 A-B 1,8/3 45 C
3,6/6 60 6 7,2
A-B C
6/10 75 10 12
A-B C
8,7/15 95 15 17,5
A-B C
12/20 125 20 24
A-B C
15/25 145 25 30
A-B C
18/30 170 30 36
A-B C
26/45 250 25 52 A-B
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Índice
Cálculos térmicos y corrientes admisibles
La elección del cable
Accesorios para cables
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Accesorios para cables
TerminalesTerminales
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
EmpalmesEmpalmes
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.
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
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Accesorios para cables
Terminales
Empalmes
Terminal de cable
Terminal de cable
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-
Caja terminalCaja terminal
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.
TerminaciónTerminación
Terminal de cable obtenida mediante encintados, premoldeados, moldeados de resinas sintéticas u otros sistemas.
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
Borne de conexión Cono deflectorCono deflector
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Accesorios para cables
Terminales
Empalmes
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
Caja terminalCaja 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)
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Accesorios para cables
Terminales
Empalmes
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.
Conos deflectores
Conos deflectores
Reg
ula
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Accesorios para cables
Terminales
Empalmes
Conos deflectores
Conos deflectores
Co
no
def
lect
or
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Accesorios para cablesTerminales
Empalmes
EmpalmeEmpalme
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”.
Manguito de unión
Manguito de unión
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.”
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.
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Accesorios para cablesTerminales
Empalmes
Empalme por encintadoEmpalme por encintado
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.
Empalmes premoldeados en fábrica
Empalmes premoldeados en fábrica
Los encintados se sustituyen por un conjunto de piezas premoldeadas que constituyen un “kit” de empalme.
Em
pal
me
po
r en
cin
tad
o
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Accesorios para cablesTerminales
Empalmes
Empalme termo-retráctilesEmpalme termo-retráctiles
Materiales que, por la acción del calor suministrado por un equipo adecuado, se contraen en una proporción importante.
Suelen presentarse en forma de tubo, llevando integrado en una sola pieza la pantalla semiconductora interna, el aislamiento y la pantalla semiconductora externa.
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
Conectores enchufablesConectores enchufables
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.
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Accesorios para cablesTerminales
Empalmes