efecto tracking en cables ADSS.doc

TRANSMISION ELECTRICA SA

EFECTO TRACKING EN CABLES OPTICOS ADSS

Area Comunicaciones y SCADA

EFECTO TRACKING EN CABLES OPTICOS ADSS EN COMUNICACIÓN DIGITAL

Ing. Carlos Alberto Di Palma (*) TRANELSA TRANSMISION ELECTRICA S.A. Argentina

1. RESMEN Los cables ópticos dieléctricos ADSS constituyen una de las vinculaciones utilizadas por los Sistemas de Comunicacion Digital, asi como para la vinculación directa de los Sistemas de Protección Diferencial Longitudinal, ambos constitutivos de Sistema Eléctricos de Potencia En forma e!uivalente a las figuras de "ndisponibilidad re!uerida para los sistemas de comunicacion y proteccion !ue ser#n transportados por el cable óptico, tambien el ADSS deber# contar con una alta Confiabilidad y ba$a "ndisponibilidad de servicio En funcion de ello es fundamental analizar las caracteristicas del ADSS desde el punto de vista del efecto de trac%ing !ue puede producirse producirse sobre la cubierta cubierta del cable por acción del campo campo electromag electromagnético nético en !ue se encontrar# inmerso Este efecto podria degradar la Confiabilidad del cable a medida !ue transcurra el tiempo de utilización del mismo mismo,, poster posterior iorme mente nte al proces proceso o de instal instalaci ación ón y puesta puesta en servic servicio, io, con consec consecuen uencia ciass sobre sobre la transmision de informacion y proteccion de las EE&& y Lineas asociadas

!. PALA" PALA"RAS#CLA" RAS# CLA"E E Cable dieléctrico'ADSS'comunicación digital' trac%ing'indisponibilidad

$. INTRODCCION Los sistemas de comunicaciones digital por fibra óptica utilizan como medio de transporte f(sico, cables ópticos de diferente tipo, dentro de los cuales se encuentra el cable totalmente dieléctrico ADSS Esta solución es aceptable para ciertas condiciones de uso, donde) • •

•

las acciones de vandalismos se encuentren acotadas el reemplazo del *ilo de guardia con Linea des'energizada, por un cable +P-, no sea posible de realizar por los escasos ó nulo tiempo de "ndisponibilidad permitidos por la LA& en servicio el reemplazo de *ilo de guardia e.istente e.istente con Linea energizada por un cable +P-, +P-, no sea posible de realizar por dificultades operativas y/o mec#nicas

Dado !ue el cable ADSS se tiende en forma aérea soportado de las estructuras de *ierro ó de los postes de 0A de las L(neas de A&, e.isten diversos factores !ue inciden en el proyecto global, as( como en las caracter(sticas del cable óptico y la instalación del mismo

1 234 &5A6ELSA SA'7"rigoyen SA'7"rigoyen 189 : Piso ;< ' 19=> : 7uenos Aires : Argentina : eett?tranelsacom




@(nimamente deber# considerarse) longitud m#.ima de vano • condiciones del viento • formación de manguito de *ielo • conformación de LA& 2*orizontal vertical4 • nivel de tensión de LA& 2efecto 2efecto trac%ing4 • tipo de soporte f(sico 2estructura de *ierro *ierro postes de 0A4 • cantidad de fibras • otras • La presencia de alguna y/o todas de estas premisas premisas de diseBo, diseBo, as( como de los valores particulares particulares y las caracter(st caracter(sticas icas de la LA&, LA&, determinar#n determinar#n la solución aplicable aplicable Dentro de los principales principales aspectos aspectos !ue deben ser analizados, se encuentran) a4 efectos efectos mec#nicos) mec#nicos) declinación declinación de de conductores conductores y del ADSS ADSS e interacción interacción entre entre ellos efecto efecto de *ielo en la flec*a m#.ima a desarrollar por el ADSS y su relación con el despe$e al suelo etc b4 efectos eléctricos) influencia del campo eléctrico De lo antes enumerado, en este traba$o nos abocaremos al mencionado en punto b4 y su prevención Esto significa tener en cuenta al cable ADSS en s( mismo, as( como a la totalidad de accesorios, los electrodos de control del campo eléctrico, los elementos antivibratorios, etc En este traba$o nos abocaremos al analisis de uno de los aspectos fundamentales del diseBo, !ue lo constituye el efecto de trac%ing sobre la cubierta del cable ADSS

%. E&ECTO TRAC'IN %.1 Desriion La cubierta del cable suspendido y e.puesto e.puesto a un alto campo eléctrico, se carga capacitivamente, capacitivamente, y dado la alta resistencia de la superficie 2orden de 19e.p1>4, la tensión inducida no puede ser disipada Sin embargo embargo debido a las impurezas impurezas de la capa 2especialmente 2especialmente en condiciones condiciones de *umedad *umedad y polución4 polución4 se produce un flu$o de corriente !ue fluyen fluyen a lo largo de la cubierta Estas corrientes se deben a las capacidades parciales distribuidas entre) conductor de fase y la superficie del cable ADSS • superficie del cable ADSS y tierra • Esta situación situación no produce produce problemas problemas mientras la superficie superficie del cable se encuentre encuentre *omogéneam *omogéneamente ente *meda *meda En una superficie totalmente totalmente seca tampoco se presentan presentan esfuerzos eléctricos eléctricos longitudin longitudinales ales suficientemente altos como para causar descargas Sin embargo, durante la transición del estado seco al *medo, y an peor del estado *medo *medo al seco, se producen esfuerzos entre las gotas 2orden 1%/mm4, al e.tremo de puentear los espacios, produciendo descargas de arco, donde los puntos de descarga de ese arco son ambos sobre la superficie del cable Si la distancia entre gotas es pe!ueBa, el flu$o de corriente continuar# si la distancia es grande, el proceso de descarga finalizar# 2condición m#.ima con cable seco4 er er Figura 1 Estos continuos impactos *acen penetraciones en la cubierta, por lo cual la *umedad ingresar# entre la cubierta e.terior y la parte interior del cable, causando la erosión de la superficie de la cubierta Pueden producirse rupturas a través de la cubierta e.terior en el caso !ue el campo eléctrico encuentre una v(a conductora o semiconductor dentro del cable

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Esta situación se agrava en las zonas mar(timas y las de alta contaminación ambiental como cercan(as a plantas !u(micas y destiler(as El deterioro comienza en semanas, especialmente en las zonas pró.imas al punto de su$eción del ADSS ADSS en la estructura, y significar# la degradación del cable cable al final del proceso

%.! Cir+ito e,+i-alente El circuito simplificad simplificado o !ue representa la vinculación vinculación del cable ADSS ADSS con el conductor conductor de fase y con tierra, tierra, est# conformad conformado o por una cadena infinita infinita de secciones secciones de circuito, circuito, compuestas compuestas por capacitancias capacitancias parciales paralelas y resistencias longitudinales del cable er er Figura Figura > Las ecuaciones de redes no son aplicables en este caso y para e$emplificar se *a adoptado una solución solución numérica programada para ello &eniendo conocimiento de los valores de capacidades y resistencias longitudinales, pueden e.traerse ciertas conclusiones Los valores numéricos considerados son) C1 2fase a ADSS4) G pF/m C>2ADSS a tierra4) G pF/m 2para 119 a >>9%4 C> 2ADSS a tierra4) H a ; pF/m 2para HI9%4 5 2*medo y sucio4) 19e.p= 2y *asta 19e.p84 o*m/m 5 2seco4) 19 e.p1; o*m/m 52contaminado4) 19e.pG o*m/m La transición entre resistencias de 19e.pI 19e.pI *asta 19e.p1; o*m/m no es gradual debido a !ue la capa de *umedad se parte en gotas 2de mayor mayor o menor tamaBo4 individuales de agua, dependiendo dependiendo de) grado de contaminación • tensión superficial del li!uido proceso !ue antes *a sido descripto •

%.$ Camo Eltrio La inmersión del cable óptico dentro del campo eléctrico de la LA& amerita amerita el estudio del campo presente para la configuración espec(fica de la L(nea L(nea En la pro.imidad de la estructura de su$ección el campo eléctrico no es *omogéneo 2ver Figura H4 El *ec*o de utilizar preformados met#licos en la su$eción del cable óptico a la estructura, *ace !ue se incremente las diferencias de potencial y por ende la ocurrencia de descargas parciales E.iste un softJare softJare !ue realiza el c#lculo de esfuerzo esfuerzo de campo eléctrico, eléctrico, as( como un método método para la obtención de la distribución de corriente y de tensión en las pro.imidades del aterramiento y amarre del cable en la estructura de *ierro de soporte er er Figura ;

%.% Criterios /e selei0n Para tener en cuenta todos los aspectos arriba descriptos, debe realizarse los estudios de campo eléctrico segn información información de las L(neas y sus estructuras estructuras 2alturas, disposición de fases, distancias, distancias, etc4, de manera manera de conocer la distribución de los campos eléctricos !ue actuar#n sobre la cubierta del cable ADSS En función de estos c#lculos, deber# surgir la me$or posición de instalación del cable de manera de reducir la e.posición al trac%ing, *asta encontrar un punto óptimo de suspensión y una distancia de amarre Como Como puede apreciarse apreciarse en las curvas curvas suministrad suministradas, as, es convenient convenientee introducir introducir separación separación del cable respecto de la estructura, de forma de lograr !ue el campo eléctrico se reduzca en forma importante 2e$ con utilización de ménsula4 er er Figura ; Adicionalmente deber#n tenerse en cuenta las siguiente particularidades)

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a4 el material de la cubierta e.terior deber# ser resistente al campo eléctrico y al efecto corona generado por los conductores de fase de A& de la L(nea en las pro.imidades del amarre del cable ADSS As( mismo la composición de la cubierta deber# ser anti'trac%ing, de forma de poseer una conductividad tal !ue decaiga en su valor al depositarse sobre la misma la *umedad y la polución ambiental 2mediante agregado de *idró.ido de aluminio a la cubierta, u otro procedimiento similar4 b4 los e.trem e.tremos os de su$eción su$eción del cable cable ADSS ADSS a la estructu estructura ra met#lica met#lica deber#n deber#n poseer poseer electrodos electrodos de de control control del campo eléctrico 2anillo anticorona4, con lo cual reducir los daBos sobre la cubierta e.terior Debe tenerse en cuenta !ue lo antes mencionado es aplicable cuando la tensión de la L(nea a !ue se ver# afectado el ADSS sea mayor a 119% 119% Produce una gran influencia con niveles de >>9 y HI9% HI9% Para LEA& de G99% no es recomendable, decidiéndose por instalaciones con cables ópticos +P- &odo &odo lo cual concluye en !ue el cable ADSS debe seleccionarse seleccionarse con cubierta segn Clase A ó Clase 7, segn sea el campo eléctrico de la LA&, en un todo de acuerdo a "EEE Std 1>>> 2&able G4

%. Minimi2ai0n /e e3etos Como Como ya se *a indicado indicado,, despué despuéss de una lluvia lluvia y durante durante al transi transició ción n *acia el proces proceso o de secado secado,, ocurrir#n descargas entre las gotas de agua depositadas en la superficie del cable, lo cual producir# trac%ing y erosión de la cubierta e.terior del del ADSS ADSS Para minimizar este efecto, es necesario tomar al menos tres medidas para reducir este efecto) a4 utilizar utilizar un pol(mero pol(mero especial especial anti'trac% anti'trac%ing ing 2y autoe.int autoe.intiguibl iguible4 e4 en la cubierta cubierta del cable cable b4 impregnar los *ilos de aramida con un li!uido semiconductor ionógeno neutro, !ue produzca el desv(o de las corrientes corrientes capacitivas, capacitivas, con lo cual la cubierta cubierta e.terior pueda !uedar libre de esfuerzos esfuerzos eléctr eléctrico icos s Se configur configuraa as( una v(a conduc conductor toraa dentro dentro del cable, cable, tal !ue derive derive las corrie corriente ntess superficiales c4 mediante mediante c#lculos, c#lculos, determinar determinar la posición posición de instalación instalación optima optima del cable cable óptico a la estructura, estructura, donde donde e.ista m(nimo potencial 2verificacion de campo en ambas direcciones4 Debe tenerse en cuenta !ue la mayor(a de la tensión inducida en el cable ADSS es eliminada dentro de los primeros metros del cable pró.imo al punto punto de amarre a la estructura de suspensión del del cable Adicionalmente, y tal como se *a mencionado mas arriba, debe preverse la colocación de elementos especiales y accesorios en los puntos de amarre de forma de reducir el daBo de la cubierta, lo cual es especialmente recomendado cuando la densidad de campo eléctrico es 1; %/cm ó mayor er er Figura G Estas espirales son *elicoidales preformadas muy el#sticas, fabricadas con acero de gran resistencia, con una acabado de la superficie interior #spera de forma de evitar el deslizamiento del cable Para utilizar estas *elicoidales *elicoidales es necesario necesario !ue el cable sea compacto, compacto, m(nimamente m(nimamente deformable, deformable, lo cual se obtiene obtiene con la combinación de un ncleo central muy duro y resistente, con m#s una capa muy compacta de *ilos de aramida

%.4 Carater5stias Carater5s tias a re,+erir 5especto del cable ADSS, debe tenerse en cuenta la conformación del mismo, donde el ncleo deber# estar constituido por una varilla de fibra de vidrio de elevada resistencia mec#nica tipo F5P apta para ser utilizada como elemento de tracción central, con m#s el agregado de resina de unión de alta resistencia a la temperatura er er Figura K Los pares de fibras ópticas con su revestimiento primario y secundario, deber#n encontrarse alo$adas dentro de varios tubos *olgados, retorcidos alrededor del ncleo dieléctrico 2sobrelongitud del orden de 14, de

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manera de eliminar las variaciones de atenuación !ue se puedan producir durante el proceso de tendido del cable El interior de los tubos *olgados deber# contener gel repelente de *umedad !ue rellenar#n la totalidad del espacio inter'fibras inter'fibras Ello permitir# permitir# disponer la doble función función de evitar el ingreso de *umedad *umedad y adem#s adem#s impedir la migración de agua *acia el interior 2impermeabilidad longitudinal4 Por sobre sobre el ncleo ncleo y las fibras fibras en los tubos *olgado *olgados, s, se deber# deber# colocar colocar una cubiert cubiertaa de ncleo, ncleo, de poliuretano poliuretano no'*igroscópi no'*igroscópico co !ue servir# como medio de protección protección contra la *umedad *umedad y adem#s adem#s como pantalla térmica térmica durante durante la e.presión e.presión de la envoltur envolturaa interior interior Entre los tubos se incluir# el li!uido blo!ueante de *umedad rellenando los espacios entre ellos, con similares caracter(sticas !ue lo mencionado arriba A continuación deber# poseer una envoltura interior para amortiguamiento de las fibras, cerrada con cubierta de aluminopolietilieno'aluminio cuya función ser# prevenir el ingreso de *umedad en caso de daBo mec#nico en la cubierta e.terior Por sobre la envoltura interior y su cubierta se colocar# la armadura dieléctrica de modo de lograr la resistencia mec#nica necesaria debido a los esfuerzos de tracción !ue provengan del proceso de instalación as( como del funcionamiento suspendido permanente posterior La armadura dieléctrica estar# constituida por capas de *ilos de aramida de alto modulo de Moung 2Nevlar';8 ó similar4 aplicadas en forma *elicoidal sobre la envoltura interna Es conveniente utilizar una superf superfici iciee grande grande de Aram Aramida ida confor conforma mada da por varias varias capas capas de *ilos *ilos finos, finos, impreg impregnad nados os de li!uid li!uido o semiconductor de forma de proteger la cubierta e.terior de los efectos de trac%ing La cubierta e.terior deber# ser de muy alto modulo de elasticidad, de material polietileno resistente a la radiación O, !ue no propague llamas y sea libre de compuestos *alogenados Para lo cual se deber# indicar las especificaciones del material ofrecido en lo !ue respecta al (ndice de o.igeno 2m(nima concentración de +> en una mezcla mezcla de 6i !ue mantiene mantiene combustió combustión4, n4, as( como también también en lo !ue respecta respecta al (ndice (ndice de temperatura critica 2temperatura para la cual el (ndice de +> es del orden de >14 &odo lo antes mencionado adicionado a lo ya mencionado sobre !ue los pol(meros de la cubierta e.terior deber#n ser resistentes al efecto de trac%ing y a la erosión

%.6 Normas Ser#n aplicables las normas y recomendaciones) O"&'& KG1/KG> • "EC K9=8; • "EEE Std 1>>> •

%.7 Ensa8os De acuerdo con "EEE Standard 1>>>, se indican en los ensayos a cables ADSS la forma de verificar el efecto de trac%ing y la resistencia de su cubierta a la erosión Para los cables ADSS con cubierta Clas e A, no se re!uieren ensayos eléctricos On cable con cubierta tipo Clase A, se entiende ser# utilizado cuando la L(nea de A& se encuentre por deba$o de 119% y por ende el nivel de esfuerzo eléctrico no e.ceder# los 1>% de potencial espacial actuando sobre la cubierta del cable Para los cables ADSS con cubierta tipo Clase 7, implica !ue el cable podr# ser utilizado en L(neas de A& por encima de 119% y !ue por lo tanto re!uieren ensayos eléctricos Corresponde a un nivel de esfuerzo eléctrico !ue e.cede los 1>% de potencial espacial actuando sobre la cubierta del cable

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El ensayo consiste en tomar una longitud de cable e.tra(da del lote de la provisión, sellar sus e.tremos para evitar ingreso de *umedad y tenderlo *orizontalmente con la tensión de esfuerzo mec#nico !ue corresponder# a la flec*a inicial al momento de instalación !ue se *a previsto, dentro de una c#mara de niebla salina La vinculación de los e.tremos a tierra deber# incluir los accesorios iguales a los !ue efectivamente ser#n utilizados, incluyendo las espirales anticorona, en el caso !ue se prevea Posteriormente a tensionar el cable, se procede a secar su cubierta perfectamente y luego iniciar el ensayo de niebla salina El ensayo puede desarrollarse en dos modalidades) a4 realizar un ensayo de 1999*s en las condiciones !ue establece "EEE Std 1>>> Anne. A Durante el ensayo se mide regularmente la erosión en la cubierta del cable El ensayo puede interrumpirse cada 199*s y por un intervalo de un m#.imo de 1Gmin, durante el cual se verifica el espesor de cubierta Se concluye !ue e.iste efecto trac%ing sobre la cubierta cuando la erosión de la misma impli!ue una degradación del espesor de la pared en un G9 del espesor inicial de la cubierta en cual!uier punto del cable b4 realizar un ensayo ininterrumpido de niebla salina *asta verificar la erosión del G9 del espesor de la cubierta cubierta antes mencionada mencionada,, y certificar certificar en el tiempo tiempo !ue se produ$o produ$o ese efecto, lo cual puede insumir insumir H999/;999*rs

7.

CONCLSI9N

6o *ay material de cubierta !ue no sufra a largo plazo una erosión ó una abrasión *omogénea, dependiendo del nivel de campo electrico La me$or base es material !ue no se encuentre formado por sustancias compuestas de carbono, sino a!uellos !ue estén rellenos de *idró.idos de metales livianos Estos materiales pueden debilitar la descarga de las corrientes de fuga por medio de formación de vapor de agua y resistir durante un tiempo mayor mayor las corrientes de fuga Sin embargo, a largo plazo no se podr# impedir algn tipo de abrasión La manera de evitar el daBo de la cubierta, es controlar el esfuerzo eléctrico superficial de forma tal !ue se impidan las descargas entre las zonas *medas por medio de una desviación eléctrica !ue derive las corrientes capacitivas La correcta elección del punto de su$eción y la utilización de electrodos de control de campo, contribuir#n a e.tender la vida util de la superficie de la cubierta del cable

7. :I:LIORA&;A 1Q uide for planning poJer utilities digital communication netJor%s, Cigre SCHG -9> >Q "EC K9=8;, +ptical cables HQ "EEE Std 1>>> :>99; ;Q Fundamentals of cable engineering and system planning, Siemens 188H GQ uia diseBo y normas sistemas comunicaciones fibra fibra óptica, E65E GGI/>99H

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