CABLES PARA MEDIA TENSIÓN INTRODUCCIÓN La tecnología de los cables de potencia se remonta al año de 1880 en la ciudad de New York con la introducción de las lámparas para iluminación (del tipo incande incandescent scente) e) tanto a niel residen residencial cial como urbano urbano!! "ue #icieron necesario el uso de cables de potencia para la distribución de energía$ %on el &uerte incremento del sistema de iluminación! se #i'o necesario reempla'ar la maoría de las líneas areas por una alternatia de cabl cable e "ue "ue brin brinda dara ra mao maorr segu seguri rida dad d a los los usua usuari rios os menor enor ocupación del espacio* como respuesta a estos re"uerimientos surgieron los cables de potencia subterráneos! conirtindose en práctica com+n natural al principio del siglo ,,$ Las Las primer primeras as ersi ersion ones es del cable cable para para -edia -edia .ensió ensión n surgie surgiero ron n con con aisla aislami mien ento to en papel papel impr impreg egnad nado o de aceit aceite e o cauc#o cauc#o ulca ulcani' ni'ado ado$$ /urante la rimera uerra uerra -undial! se le dio un gran uso a los cables de poten potencia cia tripo tripolar lares es aisla aislado dos s en papel papel impr impregnad egnado! o! con con tensió tensión n de operación #asta 23 k4$ /ebido a la no uni&ormidad del cable se generaba una distribución del campo elctrico inapropiada! de modo "ue para contr contrar arre resta starr este este e&ecto e&ecto se constr construí uían an los los cables cables con con aisla aislami mient ento o bastante grueso$ 5l olietileno se utili'ó por primera e' como material de aislamiento en cables de radio &recuencia! luego de su descubrimiento en 1677$ acia 1630 se empleó como material de aislamiento en cables para sistemas de distribución de energía! per9landose como uno de los materiales "ue se encar encarga garía ría de sustit sustituir uir los los anter anterior iores es aisla aislamie miento ntos! s! debido debido a sus sus reducidas prdidas dielctricas su &acilidad de procesamiento$ Las dcadas siguientes se ieron marcadas marcadas por el incremento incremento en el niel de tensión "ue se podría mane:ar con los cables aislados en olietileno! despus de un proceso de reticulación (,L5)$ 5n la actualidad el niel de tensión más alto "ue se #a logrado mane:ar e;itosamente con este tipo tipo de aisla aislamie miento nto corre correspo spond nde e a una una aplica aplicació ción n de gener generaci ación ón de energía en
0 16>0!! con con e;cele e;celente nte aplicabi aplicabilid lidad ad cuando cuando se re"uier re"uiere e maor maor ?e;ibil ?e;ibilidad idad "ue la obtenida en cables aislados con ,L5$ La maoría de las características
elctricas de ambos materiales son similares! aun"ue el 5= presenta un &actor de prdidas un poco maor "ue el ,L5$ 5l =eglamento .cnico de @nstalaciones 5lctricas (=5.@5) clasi9ca los nieles de tensión de la siguiente maneraA
Los cables para -edia .ensión (3 k4 a B> k4) son utili'ados cuando se re"uier re"uiere e llear llear grandes grandes cantida cantidades des de energía energía elctric elctrica a a nieles nieles de media tensión donde la utili'ación de las líneas areas no es &actible a sea por condiciones tcnicas! de seguridad o ambientales$ 5ste tipo de conductores se emplean en redes de distribución de energía! puentes para cruces iales! centros urbanos! acometida para centros comerciales e industrias! entre otras$ La instalación de los cables para -edia .ensión! puede #acerse a tras de canali'aciones! en bande:as portacables o directamente enterrados de acuerdo con los re"uerimientos de la sección 72> de la N.% 2030$
Cigura 1A Dplicación de los cables para mediana tensión
5n la 9gura 2a 2b podemos apreciar algunas de las presentaciones de los cables monopolares (un solo conductor) para -edia .ensión en las 9guras 7a 7b los cables para -edia .ensión triple; tripolares* "ue consiste en la reunión de tres cables monopolares$
Figura Figura Figura Figura
2ª: Cable Monopolar para Media Tensión Pantalla en Cinta 2b; Cable Monopolar para Media Tensión Pantalla en Hilos 3ª; Cable Tríplex para Media Tensión Pantalla en Cinta 3b; Cable Tripolar para Media Tensión Pantalla en Cinta
ELEMENTOS QUE CONFORMAN UN CABLE PARA MEDIA O ALTA TENSIÓN La &unción de todo conductor en un cable para -edia o Dlta .ensión o en un con: con:un unto to de cabl cables es!! es la de tran transp spor orta tarr ener energí gía a elc elctr tric ica$ a$ Los Los mate materi rial ales es usua usualm lmen ente te util utili' i'ad ados os son son el cobr cobre e ba:o ba:o cond condic icio ione nes s especi especiale ales s de insta instalac lació ión n se emple emplea a el alumi aluminio nio$$ La tabla tabla1 1 muest muestra ra algunas de las características más importantes del cobre del aluminio "ue se emplean en los cables para -edia .ensión$
5l cableado de un conductor consiste en el n+mero de #ilos "ue este debe poseer! seg+n el calibre los parámetros mecánicos como la ?e;ibilidad$ La clase de cableado E es usada como estándar en los cables para -edia .ensión! pues presenta unas propiedades adecuadas para estas aplicaciones$ La 9gura B muestra la sección transersal de un conductor calibre 2 DF con&ormado por G #ilos (cableado clase E)$
D los espacios libres "ue "uedan entre #ilos adacentes de una misma capa! se le conoce como intersticios del conductor$ La &orma de la reunión de los #ilos siempre es #elicoidal* sin embargo! la posición &orma de los #ilos durante el proceso de reunión (cableado) puede ser controlada con el 9n de reducir la e;tensión de los intersticios$ Las normas de &abricación DH.- N.% incluen dos tipos de cableado
denominados comprimido compactado! en los cuales conserando el área de conductor se puede reducir el diámetro 9nal #asta en un 6GI un 67I respectiamente! como se muestra en la 9guras 3a 3b$
ara seleccionar el conductor se debe tener en cuenta tanto la capacidad de corriente de operación como de corto circuito! por"ue asociadas a ellas está la temperatura "ue alcan'ará el conductor en un instante determinado! la cual debe ser soportada por los materiales plásticos "ue rodean al conductor$
ELEMENTOS DE LA TRIPLE EXTRUSIÓN
5n un cable para -edia .ensión el aislamiento :uega un papel importante en lo "ue compete al desempeño del mismo! su &uncionalidad ida +til está su:eta en gran parte a las características del aislamiento$ %on el desarrollo de materiales de aislamiento de maor resistencia a la temperatura (materiales termoestables)! se pudo incrementar la capacidad de transporte de energía "ue se alcan'aba con materiales termoplásticos$ 5l proceso de aplicación del material de aislamiento sobre un conductor se conoce como proceso de e;trusión$ 5n los cables para -edia .ensión! tanto el aislamiento como el blinda:e del conductor blinda:e del aislamiento son aplicados de &orma simultánea &ormando tres capas concntricas! en su ordenA blinda:e del conductor! aislamiento blinda:e del aislamiento$ 5ste proceso es conocido como .riple 5;trusión Himultánea garanti'a tanto la pure'a de los materiales como el contacto entre capas$
BLINDAJE DEL CONDUCTOR
5sta capa de material se encuentra en contacto directo con el conductor! está con&ormado por un material termoestable (generalmente olietileno con característica semiconductora) "ue se encarga de recubrir al conductor cableado! penetrando en los intersticios entre los #ilos de la capa e;terior del conductor para darle una &orma circular al mismo$ 5sta capa de material tambin es conocida como rimera %apa Hemiconductora$ 5ste primer material semiconductor se encarga de "ue el campo elctrico sea radial a partir de su super9cie! eitando concentraciones puntuales de campo! obtenindose así una super9cie e"uipotencial (e"uilibrio de cargas elctricas) alrededor de esta primera capa$ Hi se aplicara el aislamiento directamente sobre el conductor sin el material semiconductor! ste su&riría los e&ectos del eleado campo elctrico en los intersticios del conductor! lo cual no es un e&ecto deseable en el aislamiento! pues disminuiría la capacidad del mismo$ La 9gura > muestra la distribución del campo elctrico para un cable recubierto con el blinda:e semiconductor$
AISLAMIENTO 5n las líneas para -edia .ensión areas! el elemento aislante empleado es com+nmente el aire! sin embargo! para estos casos se re"uiere de una separación entre &ases (e incluso el neutro) de acuerdo con las características del sistema$ 5n los cables para -edia .ensión los nieles de olta:e los espacios reducidos "ue se mane:an #acen necesaria la presencia de un medio aislante "ue sea capa' de brindar la rigide' necesaria contra las &ugas de corriente! &allas entre &ases (neutro) del sistema "ue pueda con9nar el campo elctrico producido por el conductor al interior de l mismo$
5n principio! las propiedades de los aislamientos usados en los cables para -edia .ensión cumplen con todos los re"uisitos para su correcto desempeño$ Hin embargo! e;isten características tanto elctricas como mecánicas "ue destacan uno u otro tipo de material$ 5l olietileno de cadena cru'ada o ,L5 (%rossJLinked olet#lene) es el tipo de material de aislamiento mas usado en los cables para -edia .ensión$ 5l %auc#o de 5tileno ropileno o 5= (5t#lene roplene =ubber) es usado en menor proporción* ambos son materiales a los cuales se les aplica el proceso de reticulación (ulcani'ación)! por medio del cual se logra "ue los materiales ad"uieran características termoestables$ La tabla 2 muestra las características más importantes de ambos materiales$ El aislamiento ,L5J.= (%rossJlinkable olet#lene! .ree =etardant) olietileno reticulado "ue o&rece un comportamiento me:orado con respecto a la &ormación de arborescencias$ 5l &enómeno de las arborescencias consiste en la &ormación de caminos al interior del aislamiento! por los cuales aparece circulación de cargas desde el conductor #acia el apantallamiento* este &enómeno se da com+nmente por presencia de #umedad ante altos campos elctricos "ue #acen "ue el polímero se comience a degradar$ 5l aislamiento ,L5J.= es mu utili'ado en sitios de instalación en donde los cables están traba:ando la maor parte del tiempo en condiciones de saturación de agua o prácticamente sumergidos$
.abla 2$ %aracterísticas de los materiales de aislamiento de cables para media tensión D continuación se detallan cada una de estas característicasA
Constante de Aislamiento
-ide la capacidad del material para oponerse a la corriente de &uga$ 5ntre maor sea la constante de aislamiento menores serán las &ugas de corriente entre el conductor el apantallamiento$ /ependiendo del alor de la constante de aislamiento será el alor 9nal de la resistencia de aislamiento$
Pemiti!idad El"#ti#a 5sta ariable mide la capacidad de un material para permitir el almacenamiento de cargas ó &ugas de corriente por e&ectos capacitios$ La permitiidad elctrica se de9ne como la relación entre la capacitancia "ue tiene el cable para -edia .ensión aislado con cierto tipo de material la capacitancia teórica "ue el cable tendría si el medio aislante &uese el acío$ 5ntre menor sea este parámetro! menor será la capacitancia del cable! por ende menos &ugas$
Ca$a#itan#ia -ide la capacidad de almacenamiento de carga entre el conductor la pantalla debido a la di&erencia de olta:e entre ambos$ 5sta capacitancia se e re?e:ada en el sistema como &ugas de corriente$
Fa#to de P"didas o Tan%ente Delta 5ste parámetro mide las &ugas de corriente en el cable para -edia .ensión! debido tanto a los e&ectos resistios como a los e&ectos capacitios del aislamiento$
Tem$eat&a de O$ea#i'n( de So)e#a%a * de Coto Ci#&ito 5l aislamiento ,L5 el 5= tienen una temperatura de operación má;ima de 60K%! una temperatura má;ima en estado de sobre carga de 170K% de 230K% en corto circuito$ Hi se superan estos alores de temperatura durante interalos de tiempo no adecuados implicaría condiciones de operación riesgosa "ue pondrían en peligro las características el desempeño del cable$
BLINDAJE DEL AISLAMIENTO 5ste blinda:e es una capa de material "ue recubre al aislamiento! está #ec#a de olietileno semiconductor$ Hu ob:etio es permitir el con9namiento #omogneo de las líneas del campo elctrico al interior del aislamiento* esta es una &unción complementaria a la de la primera capa semiconductora "ue recubre al conductor$ 5sta capa de material tambin es conocida com+nmente como Hegunda %apa Hemiconductora$ /e acuerdo con las prácticas de instalación! este material puede estar 9rmemente ad#erido al aislamiento o puede ser de &ácil remoción! siendo este +ltimo caso el mas usado por las empresas distribuidoras de energía$
APANTALLAMIENTO
5l apantallamiento es un elemento metálico no magntico "ue se coloca sobre el blinda:e del aislamiento con el 9n de complementar las &unciones de este +ltimo permitir el proceso de puesta a tierra$ or otra parte! cuando se re"uiere mane:ar corrientes de neutro! se adiciona área de cobre entonces la pantalla sire adicionalmente como conductor de neutro$ 5l elemento metálico está #ec#o de cobre puede presentarse en las tres con9guraciones siguientesA
PANTALLA EN CINTA DE COBRE %onsiste en una pantalla de cinta de cobre "ue se aplica de &orma #elicoidal sobre el blinda:e del aislamiento recubrindolo en su totalidad (traslapado) o en &orma parcial (abierta)$
PANTALLA EN +ILOS DE COBRE La pantalla en #ilos de cobre! como su nombre lo indica está con&ormada por una cantidad de #ilos de cobre distribuidos uni&ormemente sobre el blinda:e del aislamiento$ Eásicamente el con:unto total de #ilos debe superar un área mínima re"uerida por la normas de &abricación$ /e acuerdo al perímetro del cable aislado dependerá la cantidad de #ilos "ue se colocarán como pantalla$
PANTALLA , NEUTRO CONC-NTRICO
5ste tipo de pantalla corresponde a un con:unto de #ilos de cobre "ue además de e:ecutar la &unción de blinda:e act+an como conductor de neutro en el sistema$ /e acuerdo a la con9guración elctrica del mismo! se poseen di&erentes alternatias para el neutro! uno de los más utili'ados en sistemas tri&ásicos es el Neutro %oncntrico al 77I "ue signi9ca "ue los #ilos de la pantalla suman un área e"uialente a 17 (un tercio) del área del conductor de &ase "ue en con:unto con las dos &ases restantes del sistema suma un área de neutro e"uialente al área de la sección transersal del conductor de &ase$ ara sistemas
mono&ásicos suele utili'arse el Neutro %oncntrico 100I "ue signi9ca "ue los #ilos de la pantalla suman un área e"uialente al área de la sección transersal del conductor$
5s importante tener presente la capacidad de corriente de corto circuito del apantallamiento! de la misma &orma en la "ue se tiene en cuenta la capacidad de corriente de corto circuito para el conductor$ 5sta capacidad iene dada por el contenido de cobre los materiales "ue están en contacto directo con la pantalla$ 5n condiciones de corto circuito la temperatura del material del apantallamiento o de la c#a"ueta (materiales "ue eentualmente estarán en contacto con la pantalla metálica) puede crecer rápidamente debido a los nieles de corriente "ue se alcan'an en la &alla dado "ue estos materiales tienen una temperatura límite! sta no debe ser sobrepasada so pena de daños irreersibles en el cable$
C+AQUETA
La c#a"ueta es el elemento "ue recubre el cable "ue "uedará 9nalmente e;puesto al medio! por tal motio! el material de la c#a"ueta debe cumplir con los siguientes aspectosA
RESISTENCIA A LA +UMEDAD Dsociada con la capacidad del material para impedir la penetración de la #umedad al interior del cable para -edia .ensión$
COMPORTAMIENTO FRENTE A LA LLAMA 5s importante en a"uellas instalaciones donde el cable estará instalado en bande:as o en ambientes de posible con?agración$
RESISTENCIA A LOS RA.OS U/
5s importante en a"uellas instalaciones en donde el cable recibirá la radiación solar de &orma directa o en interalos de tiempo e;tendidos$
RESISTENCIA AL IMPACTO . ABRASIÓN 5s importante para a"uellos ambientes en los cuales el cable para -edia .ensión se e;pone a posibles impactos! de&ormaciones o ro'amientos in#erentes al proceso para el cual prestan sericio$ /ependiendo de la instalación puede re"uerir armaduras o elementos mecánicos de protección$
RESISTENCIA A LOS +IDROCARBUROS /escribe el comportamiento del material de la c#a"ueta &rente a la acción de agentes e;ternos como los compuestos deriados del petróleo (gasolina! cetonas! etc$) "ue pueden estar presentes dependiendo del sitio de instalación$ La tabla 7 presenta el comparatio entre los di&erentes materiales empleados en la &abricación de la c#a"ueta de los cables para -edia .ensiónA
BLOQUEO CONTRA LA +UMEDAD Los componentes anti#umedad son elementos adicionales con los "ue se construen los cables su ob:etio es eitar la penetración de #umedad al interior del cable$ Las barreras de protección pueden ser contra la migración longitudinal o radial de la #umedad$ La barrera o relleno contra la migración de #umedad longitudinal del conductor consiste en un compuesto "ue se aplica en los intersticios internos del conductor para impedir el paso de #umedad$
La barrera contra la migración radial de #umedad en la pantalla! consiste en cintas con impregnación de elementos e;pandibles al contacto con la #umedad! aplicadas de &orma #elicoidal a sea sobre el blinda:e del aislamiento! sobre el apantallamiento o sobre ambos$ .ambin e;iste una barrera contra la penetración radial de #umedad al cable! "ue consiste en la aplicación de una cinta de aluminio con recubrimiento de polímero en las dos caras de &orma longitudinal sobre la pantalla la aplicación de una c#a"ueta de polietileno "ue re&uer'a el blo"ueo contra la penetración de la #umedad en &orma radial$ 5stas &ormas de blo"ueo contra la penetración o migración de agua #an sido utili'adas con ;ito en sitios de instalación con nieles &reáticos mu altos! en donde se espera "ue el cable traba:e la maor parte del tiempo sumergido$
PROCESO DE /ULCANI0ACIÓN O CURADO EN SECO %omo se mencionó anteriormente! el olietileno "ue usa en los cables para -edia .ensión! es un material "ue al pasar por un proceso de curado o ulcani'ación se conierte en olietileno de cadena cru'ada o ,L5! esto me:ora las características termomecánicas del compuesto$ 5l proceso de ulcani'ación o reticulado ocurre en condiciones especiales de temperatura a las "ue es sometido el material inmediatamente es e;truido$ He usa Nitrógeno como medio de trans&erencia de calor! permitiendo "ue el polietileno se reticule o ulcanice$ 5l proceso de reticulación de antigua tecnología utili'a el apor de agua como medio para trans&erir el calor al olietileno! preiamente me'clado
con peró;idos para luego obtener la reticulación a condiciones especí9cas de presión temperatura$ 5l proceso de reticulación de tecnología de punta! utili'a el Nitrógeno como medio para trans&erir el calor! mediante este elemento en &orma gaseosa se controlan las condiciones de presión temperatura dado "ue no se usa apor recibe el nombre de %urado en Heco$ Los cables reticulados en seco son de calidad superior a los reticulados en apor! a "ue la presencia de #umedad en el aislamiento puede inducir a la &ormación de arborescencias como se mencionó anteriormente$ La implementación de un sistema de %urado en Heco re"uiere e"uipos e in&raestructura de +ltima tecnología! además de la capacitación del personal para su operación$ La 9gura 10 muestra la disposición de los e"uipos e in&raestructura mínima re"uerida para reali'ar el proceso de %urado en Heco$ La línea principal por la cual el aislamiento e;truido sobre el conductor es reticulado se conoce como la línea catenaria! este nombre se le da a la cura "ue describe un conductor tendido entre dos apoos! de #ec#o sto es lo "ue sucede en el proceso de e;trusión reticulado de una cable para -edia .ensión* se tiende un conductor apoado entre dos puntos distanciados poco más de 130 metros! uno de los apoos sostiene al conductor desnudo antes de ser aislado el otro sostiene al conductor con su aislamiento a reticulado$
Cigura 10$ Línea de e;tracción para curado en seco de cables para media tensión
DISE1O DE CABLES PARA MEDIA TENSIÓN 5n el diseño de un cable para -edia .ensión se deben tener en cuenta las siguientes característicasA
N2MERO DE CONDUCTORES ueden ser monopolares!tripolares triple;$
TENSIÓN DE DISE1O Las tensiones de diseño de los cables para -edia .ensión normalmente usadas en %olombia son 3! 8! 13! 23 73 k4$ Dctualmente se pueden &abricar cables aislados #asta >6 k4 asi como cables #asta 178 k4! de
acuerdo con las normatiidades establecidas por @%5D (@nsulated %able 5ngineering Dssociation)! @5% (@nternational 5lectrotec#nical %omission) D5@% (Dssociation o& 5dison @lluminating %ompanies)$
NI/EL DE AISLAMIENTO Los nieles de aislamiento pueden ser del 100I! 177I ó 1G7I! cada niel se utili'a dependiendo de la protección asociada al circuito para el cual el cable está prestando el sericio$ %uando el cable para -edia .ensión está conectado a un circuito proisto de un rel de protección contra &allas a tierra "ue despe:e el eento tan rápido como sea posible (pero "ue no supere un minuto de duración)! se puede utili'ar un cable para -edia .ensión con niel de aislamiento del 100I$ 5l niel del 177I se utili'a para sistemas conocidos &ormalmente como sistemas no aterri'ados! se utili'a cuando el tiempo para despe:e de &allas no enca:a para un aislamiento del 100I el tiempo de despe:e de la &alla no e;cede una #ora de duración$ 5l niel de aislamiento del 1G7I es para los demás sistemas con condiciones de e;igencias más críticas "ue el niel de 177I$ las normas @%5D establecen e;plícitamente los espesores de aislamiento para los nieles de 100I 177I de:an a discreción del &abricante los alores para el niel de 1G7I$ ara una tensión de operación dada! el niel de aislamiento se e re?e:ado en el espesor nominal del aislamiento$
CALIBRE M3NIMO PARA CADA TENSIÓN DE DISE1O Las normas @%5D establecen un calibre mínimo para cada tensión de diseño! con el 9n de minimi'ar el má;imo es&uer'o elctrico en la parte del aislamiento más pró;ima al blinda:e del conductor$
4RADIENTE M5XIMO DE TENSIÓN 5l gradiente má;imo de tensión en operación es el es&uer'o al cual está sometido el aislamiento en la parte más pró;ima al blinda:e del conductor$ La tabla B muestra los espesores de aislamiento de los cables para -edia .ensión de acuerdo a la normas @%5D$
Dsociado a los nieles de tensión "ue se mane:an en los cables para -edia .ensión se encuentra el campo elctrico ("ue se e;tiende de manera radial desde el blinda:e del conductor #asta el blinda:e del aislamiento) "ue será de maor o menor magnitud de acuerdo a este niel de tensión$ 5l campo elctrico en un cable monopolar al interior del aislamiento puede calcularse comoA
He puede obserar "ue este es&uer'o o campo no depende del tipo de material del aislamiento su magnitud aría en &orma inersa con el diámetro sobre el blinda:e del conductor$ 5s por esta ra'ón! "ue e;iste un calibre mínimo en el conductor para cada niel de tensión! a "ue incluir calibres más delgados podría producir es&uer'os eleados "ue degraden el aislamiento a&ecten la ida +til del conductor e incluso conertirlo en un eentual peligro$ 5ntre maor es el niel de tensión de operación de un cable para -edia .ensión! maor es el espesor de aislamiento* esto se #ace con el 9n de
reducir el incremento en el es&uer'o o campo elctrico por el incremento en el niel de tensión$
TIPO DE AISLAMIENTO Los cables para -edia .ensión generalmente son aislados en olietileno de cadena cru'ada ,L5 en algunas oportunidades en %auc#o de 5tileno ropileno 5=! seg+n los re"uerimientos de la aplicación$
TIPO DE APANTALLAMIENTO %omo se mencionó anteriormente el apantallamiento puede ser de tres tiposA antalla electrostática en cinta de cobre con aplicación #elicoidal$ antalla electrostática en #ilos de cobre aplicados #elicoidalmente$ Neutro %oncntrico ("ue a su e' act+a como pantalla electrostática) en #ilos de cobre aplicados #elicoidalmente$ • • •
PRUEBAS EN F5BRICA DE CABLES PARA MEDIA TENS3ON Dl igual "ue todas las pruebas en los cables de energía! las pruebas "ue se #acen a los cables para -edia .ensión someten el producto a di&erentes condiciones en las cuales se puede eri9car el comportamiento la calidad del mismo$ Las pruebas de los cables para -edia .ensión son mu importantes bastante rigurosas! a "ue este tipo de cables está destinado para aplicaciones especiales donde se mane:an eleados nieles de olta:e en espacios reducidos$
PRUEBAS DIMENSIONALES %omo su nombre lo indica! estas pruebas tienen como ob:etio el cuanti9car los espesores! diámetros dimensiones de los di&erentes componentes de los cables para -edia .ensión$ Las pruebas eri9can "ue los materiales metálicos (conductor! blinda:es! etc$) los plásticos (aislamientos! cubiertas! etc$) estn dentro de los alores permitidos por las especi9caciones de la norma correspondiente$
PRUEBAS MEC5NICAS PRUEBAS F3SICAS . DE EN/EJECIMIENTO A LOS MATERIALES DE AISLAMIENTO . C+AQUETA Las pruebas &ísicas de ene:ecimiento tienen la 9nalidad de determinar el comportamiento de los materiales plásticos "ue componen el cable para -edia .ensión despus de un amplio período de traba:o$ 5n estas pruebas son sometidos los materiales a condiciones de e;trema temperatura! para e;aminar sus características de resistencia a es&uer'os elongación en el material despus de #aber su&rido un ene:ecimiento acelerado$ .anto el aislamiento como la c#a"ueta se prueban para determinar este comportamiento$
PRUEBAS DE 4RADO DE RETICULACIÓN ruebas de elongación contracción a los materiales de aislamiento$ 5n principio se aplica una tensión mecánica determinada a una muestra del material de aislamiento ba:o un ambiente de temperatura eleado posteriormente se mide la de&ormación del material$ %on esta prueba se busca medir el grado de reticulación del material para garanti'ar su correcto &uncionamiento$
PRUEBA DE PENETRACIÓN DE A4UA 5sta prueba se reali'a a los cables "ue poseen blo"ueo contra la migración longitudinal de la #umedad$ He somete a un ?u:o de agua a determinada presión uno de los e;tremos de una muestra de cierta longitud de conductor aislado! el ;ito de la prueba consiste en "ue el ?u:o de agua no llegue al otro e;tremo en un tiempo determinado$
PRUEBAS EL-CTRICAS RESISTENCIA EL-CTRICA DEL CONDUCTOR 5sta prueba permite determinar "ue en con:unto la cantidad del metal conductor (cobre o aluminio) la conductiidad del mismo! resulten en una resistencia elctrica del conductor especi9cada para cada calibre$ La 9gura 11 muestra el e"uipo con el "ue se reali'a esta prueba$
RESISTENCIA DE AISLAMIENTO %on esta prueba se busca medir la capacidad del material de aislamiento para impedir la &uga de corriente desde el conductor #acia el e;terior$ 5sta prueba se reali'a mediante un e"uipo "ue aplica una tensión /% entre el conductor el apantallamiento metálico$ -ediante la relación entre la tensión la corriente de &uga el e"uipo determina el alor de la resistencia de aislamiento! el cual debe ser superior al alor re"uerido por la norma$
PRUEBA DE RI4IDE0 DIEL-CTRICA 5sta prueba consiste en someter al conductor a una eleada tensión durante un tiempo determinado! "ue generalmente es de cinco minutos$ 5l ;ito de la prueba radica en "ue el material de aislamiento no debe presentar rotura (prdida de la capacidad de aislamiento)$ La tabla 3! muestra los olta:es D% para la prueba de tensión aplicada (rigide' dielctrica) de los cables para -edia .ensión! de acuerdo con la tensión de operación con el niel de aislamiento$ Heg+n las normas @%5D N.% cada longitud de cable debe soportar la aplicación de esta tensión por un tiempo de 3 minutos$
PRUEBA DE DESCAR4AS PARCIALES 5sta prueba permite :u'gar la calidad del aislamiento en un cable para -edia .ensión$ Mna descarga parcial es el resultado de un pe"ueño arco elctrico "ue se produce en las porosidades al interior del aislamiento o en la super9cie de contacto entre el aislamiento los blinda:es (del conductor o del aislamiento) #abiendo sometido el cable a un niel de tensión duración determinado! esto se #ace por medio de e"uipos de alta tecnología especiali'ados para tal 9n$
TAN4ENTE DELTA La prueba de .angente /elta o Cactor de rdidas permite :u'gar la calidad del aislamiento en cuanto a la cantidad de corrientes de &uga "ue el aislamiento de:e pasar #acia el e;terior a tras de la pantalla metálica$
INSTALACIÓN DE CABLES PARA MEDIA TENSIÓN RADIOS DE CUR/ATURA 5s el má;imo doblado "ue se le puede dar a un cable garanti'ando "ue las propiedades elctricas mecánicas de sus componentes no se alteren! es decir sin producir daños en el cable$
Cigura 17$ =adio de curatura 5l radio de curatura mínimo para los cables para -edia .ensión (sin armaduras) en instalación no debe ser in&erior a 12 eces el diámetro e;terior del mismo$
TENSIÓN DE JALADO 5s importante tener presente "ue para el proceso de instalación de los cables para -edia .ensión e;iste una &uer'a má;ima con la cual pueden ser :alados sin producir es&uer'os peligrosos en el conductor "ue lo pueden de&ormar (alargamiento desprendimiento del conductor con el aislamiento! o despla'amiento de los elementos de la cubierta) sin comprometer el desempeño del cable en la instalación$ He puede :alar un cable para -edia .ensión mediante un perno de tracción colocado en el conductor del cable* para ello es necesario tener presente "ue el es&uer'o má;imo para el :alado "ue puede e;perimentar el conductor de cobre o de aluminio es de G!0 3!7 kg mm2 respectiamente* por lo tanto la tensión o &uer'a má;ima de :alado se calcula con la siguiente &órmulaA
.ambin se puede :alar el cable para -edia .ensión por medio de mallas de acero o ganc#os de tiro "ue se a&erran a la cubierta e;terior del cable$ He recomienda "ue para estos casos la tensión má;ima en kg no e;ceda en más de 0!G la sección transersal del material de la cubierta en mm2 en ning+n caso deberá ser superior a B30 kg$ ara el cálculo de la tensión má;ima de :alado deben tambin considerarse aspectos como la longitud del ducto! el peso del cable! el ángulo de la curatura! el radio de la curatura las tensiones a la entrada a la salida de la cura$
PRESIÓN LATERAL 5s el es&uer'o transersal "ue e;perimenta el cable en una cura cuando ste está ba:o tensión$ 5s importante tenerlo presente a "ue la presión lateral e;cesia puede causar 9suras o aplastamientos en el cable! de modo "ue este parámetro es tambin restrictio en el proceso de instalación$ La presión lateral en un conductor depende tanto del radio de curatura del ducto como de la tensión a la cual está sometido el conductor$ %omo su nombre lo indica! la presión lateral es un es&uer'o de carácter transersal "ue e;perimenta el conductor debido a la componente normal de la tensión del mismo$ La 9gura 1B muestra el diagrama de los es&uer'os mencionados$
Cigura 1B$ resión lateral en un conductor La presión lateral es directamente proporcional a la tensión del conductor pero inersamente proporcional al radio de curatura del ducto$ La siguiente ecuación resume la &orma de cálculo de la presión lateralA La má;ima presión lateral "ue se recomienda para sus cables para -edia .ensión es de GBB kgm$
TERMINALES 5l ob:etio principal de los terminales para -edia .ensión! es el de controlar los es&uer'os elctricos "ue se presentan en el aislamiento del cable al retirar el blinda:e del aislamiento en las terminaciones del cable! para conectarlos con otros elementos de la red$ Hu &uncionamiento está soportado por el control de es&uer'o "ue se puede lograr por medio
materiales especiales se complementa con distancias de &uga adecuadas elementos "ue proporcionan #ermeticidad en la terminación del cable$ 5n nuestro medio se conocen estos terminales como premoldeados$ Hin embargo! en las tecnologías más comerciales se distinguen claramente dos tipos de productosA los reensanc#ados o ree;pandidos (contraibles en &río) los No reensanc#ados (contraibles por medio de calor)$ /ependiendo de su &uncionalidad pueden clasi9carse de acuerdo al estándar @555 B8 comoA
TERMINAL CLASE 6
roporciona el control del es&uer'o elctrico! garanti'a una mínima distancia de &uga aislada entre el conductorJtierra proporciona #ermeticidad o protección contra la penetración de #umedad$
TERMINAL CLASE 7
roporciona dos aspectos "ue son el control del es&uer'o elctrico distancia de &uga aislada entre el conductorJtierra$
TERMINAL CLASE 8
Hólo proporciona el control del es&uer'o elctrico están #ec#os a base de pastas o barnices encintados termocontráctiles$
PROCESO PARA LA INSTALACIÓN DE UN TERMINAL 5l proceso para la instalación de un terminal en el e;tremo de un cable para -edia .ensión consiste enA =etirar una longitud determinada de la c#a"ueta del cable Limpiar 9:ar el blo"ueo anti#umedad en el nueo e;tremo de la c#a"ueta$
=ebatir el apantallamiento del cable o 9:ación de los elementos para la puesta a tierra del apantallamiento del cable$ =etirar una longitud determinada de la segunda capa semiconductora$ =etirar una longitud determinada del material de aislamiento$ %olocar borna 'incada en el e;tremo 9nal del conductor metálico del cable$ Limpiar el e;tremo del cable 9:ación del elemento para control de es&uer'o$ %olocar sellos anti#umedad en el e;tremo del aislamiento 9nalmente colocar el terminal en el e;tremo del cable$ La maoría de los &abricantes proeedores de terminales de cables para -edia .ensión distribuen sus productos en pa"uetes o kits$ Se recomienda "ue para la instalación de este tipo de elementos se debe respetar la distancia de &uga establecidas por los estándares internacionales! "ue com+nmente los &abricantes de terminales presentan en sus manuales de instalación* estos +ltimos tambin muestran un procedimiento adecuado para retirar la segunda capa semiconductora la 9:ación de los blo"ueos contra #umedad en los e;tremos del cable$
EMPALMES EN CABLES PARA MEDIA TENSIÓN He entiende por empalme de cables para -edia .ensión! como el con:unto de cone;ión reconstrucción de todos los elementos "ue constituen un cable de potencia aislado protegido mecánicamente dentro de una misma carca'a$ Los materiales empleados en la &abricación de los empalmes deben soportar satis&actoriamente los es&uer'os elctricos debidos al cable$ .ambin! es importante "ue estos materiales sean compatibles con los materiales del cable para -edia .ensión$
5n el medio tambin e;isten otros elementos conocidos como los %onectores Dislados Heparables (%DH)! "ue se emplean para la cone;ión del cable para -edia .ensión a otros e"uipos u otros cables$ 5stos permiten una &ácil cone;ión descone;ión de los cables creando una inter&ase operatia bastante ersátil$ He utili'a ampliamente a niel de distribución urbana donde se re"uieren disponer de deriaciones para nueos usuarios los espacios para #acerlos son bastante reducidos$
A4RUPACIÓN DE FASES . CAPACIDAD DE CORRRIENTE PARA CABLES PARA MEDIA TENSIÓN La capacidad de corriente de los cables para -edia .ensión está supeditada a muc#os &actores! siendo los más representatios el tipo de cable! la disposición de la instalación! el n+mero de conductores las condiciones del medio$
INSTALACIONES CON MAS DE UN CONDUCTOR POR FASE %uando la necesidad de transporte de corriente #ace "ue sea re"uerido usar mas de un conductor por &ase! es recomendable "ue el calibre de los conductores sea el mismo! a sea "ue se re"uieran dos o más conductores por &ase "ue adicionalmente la instalación se #aga por
ternas* es decir! Case D! Case E Case %! deberían ir :untas! en lo posible tren'adas entre sí! separadas de la siguiente terna! por lo menos a una distancia e"uialente al diámetro de la terna$ Lo anterior con el 9n de eitar e&ectos adersos debidos a la inducción "ue se puede ocasionar en este tipo de instalaciones$
CAPACIDAD DE CORRIENTE EN CORTO CIRCUITO La capacidad de corriente de corto circuito del conductor de &ase es un parámetro "ue se debe tener presente en la selección particular del cable para -edia .ensión para una instalación determinada$ La corriente má;ima de corto circuito en el conductor iene dada por el material área del conductor! la temperatura má;ima "ue se puede alcan'ar el tiempo de duración de la &alla$ Se indica una re&erencia de la capacidad de corriente de corto circuito de sus cables para -edia .ensión para una duración de la &alla de un segundo$ La siguiente ecuación describe la relación entre las ariables mencionadas anteriormente$
.ambin se debe tener presente "ue por el apantallamiento pueden circular corrientes de &alla! debido al contacto de la línea con la pantalla o por las mismas corrientes de secuencia cero "ue circulan por la pantalla aterri'ada en los eentos de &allas asimtricas$ ara esto es el blinda:e del aislamiento o la c#a"ueta "uien limita la temperatura má;ima "ue puede alcan'ar la pantalla en estado de &alla$ eneralmente se toma como 83K% 200K% los alores de .1 .2 respectiamente$
PUESTAS A TIERRA DE LOS CABLES PARA MEDIA TENSIÓN 5l proceso de puesta a tierra de un cable para -edia .ensión es importante a "ue este tiene implicaciones elctricas "ue a&ectan de &orma directa el desempeño del mismo la seguridad de instaladores usuarios$ 5n los cables para -edia .ensión! es una práctica com+n aterri'ar los apantallamientos metálicos del cable en un e;tremo de la instalación para longitudes cortas en cada uno de los e;tremos de los po'os de isita para longitudes largas$ 5n el primer caso se asegura "ue no #aan corrientes circulantes por la pantalla! pero pueden inducirse tensiones en la misma "ue pueden a&ectar al personal de operación o mantenimiento! en el segundo caso se minimi'a el e&ecto de inducción de tensiones en la pantalla! pero se crea la posibilidad de "ue e;istan corrientes circulantes por la pantalla! "ue causan calentamiento del cable por consiguiente una disminución de la capacidad de corriente del cable$ Otra práctica consiste en aterri'ar la pantalla en cada uno de las cámaras de inspección (-an#oles) por los cuales pasa el cable para -edia .ensión! con las mismas características del caso anterior$
TRANSICIÓN ENTRE REDES SUBTERRANEAS . REDES A-REAS
%onsiste en el con:unto de dispositios "ue se encarga de conectar las redes subterráneas con las redes areas$ Las estructuras a utili'ar deberán ser tales "ue soporten el peso de los cables accesorios! además de la tensión mecánica de las líneas areas$ ara el caso de postes de concreto o de madera! estas estructuras generalmente son de retención ienen acompañadas por templetes de cable de acero para la estabilidad mecánica$ 5s recomendable instalar pararraos o descargadores de sobretensión en la transición! con el 9n de proteger el cable de sobretensiones ocasionadas por maniobras o por descargas atmos&ricas$
PRUEBAS DE CABLES PARA MEDIA TENSIÓN EN INSTALACIÓN 5l estándar @555 B00 “IEEE Guide for Field Testing and Evaluation of the Insulation of hielded Po!er Cable "ste#s$ muestra un compendio de las tcnicas actualmente utili'adas para las pruebas de campo de los cables para -edia .ensión$ D continuación se presenta un análisis detallado de dic#as pruebas$ Dctualmente las pruebas "ue se reali'an a los cables para -edia .ensión se resumen en dos grandes grupos de acuerdo con la señal de tensión aplicada son pruebas en /% pruebas en D%$
PRUEBAS DE /OLTAJE DC 5l estándar @555 B00 “IEEE Guide for Field Testing and Evaluation of the Insulation of hielded Po!er Cable "ste#s$ muestra un compendio de las tcnicas actualmente utili'adas para las pruebas de campo de los cables para -edia .ensión$ D continuación se presenta un análisis detallado de dic#as pruebas$ Dctualmente las pruebas "ue se reali'an a los cables para -edia .ensión se resumen en dos grandes grupos de acuerdo con la señal de tensión aplicada son pruebas en /% pruebas en D%$
PRUEBA DE RESISTENCIA DE AISLAMIENTO %on ella se lee el comportamiento de esta ariable en &unción del tiempo$ La norma @%5D establece unos alores mínimos de resistencia de aislamiento! los cuales están basados en un conductor monopolar energi'ado a una tensión entre 300 20004 durante un minuto corregida a una temperatura de 13!> K% dependiendo del material de aislamiento el calibre del conductor$
PRUEBA DE RI4IDE0 DIEL-CTRICA 5sta prueba de tensión determina si el cable es apto o no para la instalación al someterlo a una tensión /% de magnitud signi9catiamente maor a la tensión de operación durante un tiempo determinado (3 a 13 minutos generalmente)$ 5l cable es apto sino ocurre ninguna &alla o descarga en la instalación$
/ENTAJAS DE LAS PRUEBAS DC •
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Las pruebas son relatiamente simples comparadas con las pruebas D%! debido a la &acilidad de despla'amiento de los e"uipos$ Las señales para reali'ar las pruebas son de &ácil ad"uisición de &ácil lectura$ He posee un amplio #istorial de diagnósticos e;itosos en instalaciones por medio de estas pruebas$ Hon e&ectias para detectar problemas en los empalmes terminaciones de la instalación$ 5l costo de los e"uipos es ba:o$
DES/ENTAJAS DE LAS PRUEBAS DC 5ste tipo de pruebas no determina otros tipos de de&ectos tales como roturas o porosidades en el conductor aislamiento respectiamente$ No reproduce la distribución del campo elctrico "ue se dará durante la operación de un cable "ue a a operar en un sistema D%$ He debe tener cuidado con la acumulación de cargas despus de la prueba especialmente en los accesorios adicionales del cable$ uede a&ectar el desempeño durante la operación del cable especialmente cuando estos tienen arborescencias$ No es aconse:able reali'ar estas pruebas a cables "ue tienen mas de cinco años de instalados$ La tabla > muestra los olta:es de prueba /% recomendados "ue se deben aplicar a los cables para -edia .ensión para los procedimientos de prueba /% tanto en &ábrica como en instalación sericio$ •
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.abla >$ .ensiones de prueba en /%
PRUEBAS EN FRECUENCIA O PRUEBAS AC %omo su nombre lo indica este tipo de pruebas inolucra señales ariantes en el tiempo! con ellas se logra emular el comportamiento del
conductor ba:o condiciones de operación$ Ddemás #acen parte de la metodología de pruebas "ue implementan en &ábrica para los nueos cables para los nueos accesorios$ %on las pruebas en D% se #acen presentes los e&ectos resistios capacitios simultáneamente! permitiendo leer descargas parciales (/) &actor de disipación (.an P)$ ara las pruebas se re"uiere un e"uipo de trans&ormación cuo tamaño puede ser reducido sustancialmente usando el principio de resonancia! la cual generalmente se alcan'a por medio de un n+cleo móil en el trans&ormador$ 5ntre los re"uerimientos de los e"uipos para las pruebas en D% tenemos "ue las ondas de olta:e deben contener un mínimo de ruido armónico! especialmente para las pruebas de descargas parciales para ello se re"uiere entre otras "ue los generadores de la señal estn aislados de otros sistemas (tierras independientes)$ 5l e"uipo de resonancia debe poseer un control automático de sintoni'ación! la escala de a:uste de los e"uipos de medición debe ser de al menos el 1I de el olta:e má;imo de salida$ ara mediciones de / las descargas internas del e"uipo deben ser menores a 3 p%$ He recomienda "ue la rata de crecimiento caída del niel de tensión para pruebas sea apro;imadamente 1 k4s! en el caso de una prueba de aceptación la duración debe ser entre 3 13 minutos al olta:e especi9cado$ Dun"ue los estándares internacionales para reali'ar pruebas en D% de los cables para -edia .ensión en &ábrica e;igen "ue la prueba de descargas parciales (/) sea reali'ada con una señal de tensión cua &recuencia se encuentre entre los B6 >1 '! e;iste una nuea metodología ("ue aun"ue no está contemplada en las normas internacionales todaía! está ganando aceptación a niel mundial) en la cual se utili'a señales D% de ba:a &recuencia* esto tiene el ob:eto de tener presentes los e&ectos capacitios del cable en las pruebas de campo pero reduciendo el consumo de corriente con e"uipos de &ácil accesibilidad en campo$ Las pruebas a mu ba:a &recuencia pueden clasi9carse en dos tipos* pruebas de rigide' dielctrica pruebas de diagnóstico$ 5n las primeras! el olta:e de aplicación llea #asta &alla a las partes de&ectuosas del aislamiento se contin+a la prueba #asta reparar cada una de las partes$ 5n las segundas se mide el niel de degradación del cable por medio de las curas de mrito se decide si el cable es apto para continuar en sericio o no (estas pruebas son no destructias)$
PRUEBAS DE RI4IDE0 DIEL-CTRICA 5ntre las pruebas de rigide' dielctrica tenemos las pruebas de mu ba:a &recuencia con Heñales %osenoidales de 0$1 ' Heñales de @mpulso Henoidales de &recuencia menor a 1 '$ Heñales %uadradas
PRUEBAS DE DIA4NOSTICO
9 P&e)a de Des#a%as Pa#iales :PD; en Instala#i'n La prueba de descargas parciales es una de las pruebas "ue permite :u'gar la calidad del aislamiento en un cable para -edia .ensión$ %omo se de9nió anteriormente! una descarga parcial es el resultado de un pe"ueño arco elctrico "ue se produce en las porosidades al interior del aislamiento o en la super9cie de contacto entre el aislamiento los blinda:es (del conductor o del aislamiento) #abiendo sometido el cable a un niel de tensión duración determinado$ Dun"ue esta prueba es mu apropiada para la detección de imper&ecciones del aislamiento! su implementación en campo es bastante laboriosa a "ue re"uiere de elementos para la reducción del niel del ruido elctrico en las mediciones! #aciendo necesario el uso de &uentes independientes de olta:e! 9ltros! apantallamientos entre otros$ Mna de las enta:as de llear a cabo este tipo de prueba es "ue permite determinar el tipo de imper&ección a la e' su locali'ación$ Las desenta:as más marcadas corresponden con la capacitación del personal para reali'ar dic#a prueba los e"uipos asociados para la implementación en campo de esta prueba$
9 Fa#to de Disi$a#i'n o Tan%ente Delta :tan <; %omo se mencionó anteriormente esta prueba es de diagnóstico de carácter no destructio$ .ambin se mencionó en el capítulo de los materiales aislantes "ue el &actor de prdidas o de disipación cuanti9ca las &ugas de corriente debidas a los e&ectos resistios capacitios$
CABBLES SEMIAISLADOS ARBORI0ADAS
O
RECUBIERTO
PARA
0ONAS
5l cable semiaislado o recubierto consiste de un conductor de aluminio (D%H=! DD% o DDD%) recubierto con aislamiento en ,L5 (el mismo material "ue se utili'a para el aislamiento de los cables para -edia .ensión) un recubrimiento e;terior de material termoestable resistente a las descargas super9ciales ,L5J.Q (olietileno reticulado resistente al .racking)! este diseño de cable eita la salida de los circuitos por disparo de las protecciones cuando #a contacto con ramas u otros ob:etos$ 5ntre las enta:as más importantes de este tipo de conductor se encuentran la reducción del espaciamiento entre &ases! la reducción de prdidas elctricas! aumento de la con9abilidad del sistema! menor 'ona de seridumbre menor poda de árboles (de allí otro nombre "ue se le da a este tipo de cables R5cológicoS)! reducción de los costos de operación me:or esttica en la in&raestructura de las redes de -edia .ensión$
Figura %&a' Cable Figura %&b' Espa(iador para la Instala(ión de
CABLES PARA ILUMINACION DE PISTAS DE AEROPUERTOS 5ste cable tiene el 9n de alimentar las lámparas de señali'ación situadas a lado lado de las pistas aeroportuarias$ /ebido a la corriente la caída de tensión dada por la carga las grandes longitudes de estas instalaciones el olta:e de operación de estos circuitos clasi9can como cables para -edia .ensión* el olta:e nominal para la operación de este tipo de cables es de 3 k4$ 5ste cable consta de un conductor de cobre! generalmente calibre 8 DF recubierto con un aislamiento en material termoestable ,L5 un recubrimiento 9nal de un polímero especial "ue proporciona características elctricas adicionales! protección mecánica protección contra la #umedad "ue lo #ace apto para operación ba:o condiciones de #umedad e;tremas$
CABLES PARA MEDIA TENSIÓN DE USO SUBMARINO Los cables para uso submarino se protegen mecánicamente por armaduras metálicas "ue le proporcionan resistencia a los impactos a la corrosión$
