EXPLO EXPLOTA TACI CI N OPTI OPTIMA MA DE CA CABL BLES ES SUBTER SUBTERR R NEOS NEOS CODENSA S.A E,S,P. Carlos Alberto Rodríguez, Aldemar Rosso, Juan de Dios Suárez Carrera 13ª N° 93-66 Bogotá Colombia Teléfonos: (0571) 6015739 – 6015745 Fax: (0571) 6015910 - 6015912 e-mail:
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RESUMEN
para la operación del sistema de distribución eléctr eléctrico ico o para para el diseño diseño de instal instalac acion iones, es, son valores para ciclos de carga planos (factor de carga igual a 1), que difieren de la realidad, toda vez son someti som etidos dos a compor comportam tamien iento to de carga carga como como el mostrado en la figura 1. Esta consideración limita el mejo mejorr apro aprove vech cham amie ient nto o de la infr infrae aest stru ruct ctur uraa (ineficiencia), ocasionando mayores inversiones y restringiendo la operatividad del sistema.
El presente estudio analiza el grado de utilización que que pued pueden en tene tenerr los los cabl cables es de medi mediaa tens tensió ión n respec respecto to del régimen régimen de trabaj trabajo o (ciclo (ciclo de carga carga diario) al cual se someten en operación normal o en conting contingenc encia, ia, de forma forma tal que se increm increment entee su eficiencia, toda vez que son parte fundamental para una mayor explotación de las redes de distribución eléctrica. Una mayor explotación de los cables permitirá al sistema incrementar sus niveles de cargabilidad y por ende su factor de utilización, es decir menor sobr sobred edim imen ensi sion onam amie ient nto, o, perm permit itie iend ndo o apla aplaza zar r inversiones y lograr mayor operatividad del sistema ante eventos de contingencia.
Figura 1. Curva de Carga.
Para el análisis se trabajo el modelo térmico del cable, cable, el cual cual consid considera era las carac caracter teríst ística icass de la instalación y los ciclos de carga típicos en circuitos de media tensión.
En cons consec ecue uenc ncia ia,, y teni tenien endo do en cuen cuenta ta que que la capacidad de conducción de los cables depende de sus característ características icas y condicione condicioness de instalació instalación, n, capacidad y manejo de transferencia de calor, se evidenció la necesidad y conveniencia de estudiar e impl impleement mentaar un mo mode delo lo que que repr repreesent sentee el comportamie comportamiento nto térmico térmico de los conductore conductores, s, que considere el régimen del ciclo de carga al cual son sometidos, de forma tal que, en caso de conocer éstos parámetros, se determine la capacidad “real” de cond conduc ucci ción ón para para cual cualqu quie ierr cond condic ició ión n de operación.
De los los anál anális isis is real realiz izad ados os se ha obte obteni nido do la herramienta computacional SPACS (Sistema Para el Análisis de Conductores Subterráneos), la cual calcula el nivel de carga de los cables de acuerdo con las condiciones “reales” de ciclo de carga diario e inst instal alac ació ión, n, sens sensib ibil iliz izan ando do su expl explot otac ació ión n obteniendo nuevos y mejores criterios de operación para las Empresas de Distribución de Energía. Energía.
PALABRAS CLAVES
2. MODELO TÉRMICO EN ESTADO DE OPERACIÓN NORMAL
Capa Capaccida idad amp amperic erica, a, ciclo iclo de carga rga diari iario, o, conductor subterráneo, Modelo térmico, operación normal, operación contingencia
Este modelo analiza las condiciones de los cables ante regímenes de operación normal, es decir, sin incrementos abruptos en magnitud y tiempo de la carga. carga. Permit Permitee obtene obtenerr la capaci capacidad dad máxima máxima de cond conduc ucci ción ón del del cabl cablee a esta estass cond condic icio ione ness de operación.
1. INTRODUCCIÓN Gene Genera ralm lmen ente te las las empr empres esas as dist distri ribu buid idor oras as de energía construyen el tramo inicial de la red de media media tensió tensión n (M.T.) (M.T.) con conduc conductor tores es aislad aislados os inst instal alad ados os en form formaa subt subter errá ráne neaa (con (condu duct ctor or subterráneo o cable), que soportan el 100% de la carga, carga, y que adicionalm adicionalmente ente poseen condicione condicioness térm térmic icas as desfa esfavo vora rabl blees, debi debido do a la poca refrig refrigera eració ción, n, genera generando ndo altas altas temper temperatu aturas ras de operación del conductor, afectando la vida útil del aisl aislam amie ient nto, o, cons consti titu tuyé yénd ndos osee en una una de las las principales restricciones de explotación de la r ed de media tensión.
Para ello, el cálculo de la capacidad de conducción de los cables se basa en el análisis de transferencia de calor generado en él y su entorno por efecto de las pérdid pérdidas as eléctr eléctrica icass I2R . Este Este calor alor debe debe cuantif cuantifica icarse rse para para defini definirr que cantid cantidad ad se puede puede dis disipar ipar al medi medio o amb mbie ient ntee a tra través vés de las las resistencias térmicas que se oponen a su paso. La capa capaci cida dad d de cond conduc ucci ción ón en cabl cables es es una una función de aspectos como: la temperatura máxima de operac operación ión especi especific ficada ada por el fabric fabricant ante, e, la temperatura del medio ambiente, resistencia térmica
Actualmente los valores de capacidad máxima de conducción en cables que se toman como referencia 1
Wd: Calor generado en el dieléctrico que es función de la tensión L-N y de la frecuencia. Es constante así no haya circulación de corriente por el cable. Wp: Calor generado en la pantalla del conductor, su efecto es calculado como un factor que relaciona las perdidas en la pantalla con las del conductor (λ).
de los diferentes elementos que constituyen el cable, resistencia térmica de los elementos que constituyen el medio que rodea al cable, condiciones de instalación y operación del cable. Para el análisis térmico se utiliza la ley de ohm térmica, descrita mediante la siguiente expresión:
∆θ = W * ∑ T
∑T0: Sumatoria de las resistencias térmicas desde la
cubierta hasta el entorno.
(1)
Ra: Resistencia térmica del aislamiento
Donde,
Tct: Resistencia térmica de la cubierta
∆θ: (θc – θa) Diferencia de temperatura entre el
conductor (θc) y el medio ambiente (θa). Análoga al voltaje en la ley de ohm eléctrica.
Tcd: Resistencia térmica del aire en el ducto Td: Resistencia térmica del ducto
W: Calor generado en el cable. Análogo a la corriente
eléctrica
Tco: Resistencia térmica del relleno del banco
T: Sumatoria de las resistencias térmicas que se oponen al flujo de calor generado
Tt: Resistencia térmica del terreno
Al despejar Wc en función de la corriente se obtiene la ecuación 3, la cual relaciona la variación de temperatura con la corriente eléctrica que la genera.
En el cable existen tres puntos donde se genera calor: el conductor (por efecto Joule), el dieléctrico (por diferencia de potencial que produce circulación de corriente entre conductor y pantalla) y las pantallas (por las corrientes parásitas que se forman). Cada punto fuente de calor tiene sus propias resistencias térmicas asociadas, tal como se muestra en la figura 2.
I =
(θ c − θ a ) −Wd * ∑ T Ta * Rca +
∑T
0
* ( Rca * (1 + λ ))
(3)
I: Corriente nominal máxima de operación del conductor en amperios [A] Rca: Resistencia del conductor a la c orriente alterna [Ω].
Wc + Wp + Wd
θc
θa
λ: Factor que relaciona las pérdidas en el conductor con las pérdidas producidas en la pantalla. Ta
Conductor
Tct
Aislamiento
Tcd
Td
Cubierta
Aire
Tco
Ducto
Relleno
Tt
2.1. CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LOS CABLES
Entorno
T
Para evaluar la capacidad de conducción del cable se estudiaron 2 métodos:
T0
Figura 2. Representación de los elementos del circuito térmico en cables subterráneos
1. Calculo de ampacidad con factor de carga. 2. Calculo de ampacidad con curva de carga.
De la ecuación (1), y la relación de resistencias que se muestran en la figura 2, se obtiene la ecuación 2. θ c - θ a
= Wc *
∑T
+ Wd *
∑T
+ Wp *
2.1.1. CALCULO DE AMPACIDAD CON FACTOR DE CARGA.
∑T (2)
Este método se usa cuando solo se conoce el factor de carga ( Fc:carga promedio/carga máxima), y por ende es el más implementado por la facilidad de su cálculo.
0
Donde, θc: Temperatura nominal de operación del conductor.
Su metodología se basa en considerar que las condiciones de operación y sus pérdidas (calor) varían de acuerdo con un ciclo de carga diario, representando en factor de pérdidas ( Fp). El Fp se define como la relación entre el valor medio y el valor máximo de la potencia disipada en pérdidas en un intervalo de tiempo considerado; y representa el porcentaje de tiempo que requiere el valor pico de una carga para producir las mismas pérdidas que
θa: Temperatura ambiente de la tierra. Wc: I2Rc: calor generado en el conductor que varía según el ciclo de carga (Rc: Resistencia del conductor; I:corriente en el conductor). ∑T: Sumatoria de todas las resistencias térmicas
2
θmax: Temperatura máxima que alcanza el conductor con la curva de carga establecida. θR (∞): Máxima temperatura que soporta el conductor sin perder vida útil.
las producidas por la carga real en un periodo dado. El factor de pérdidas y factor de carga se relacionan con la siguiente expresión.
Fp = 0.3*Fc + 0.7* Fc2 (4)
3. MODELO TÉRMICO ESTADO TRANSITORIO O CONTINGENCIA
De acuerdo con literatura existente , el elemento que más incide para limitar las elevaciones de temperatura originadas por la carga es el circuito térmico externo que rodea al conductor (concretoterreno); ya que todo el calor generado debe ser disipado a través de él, y a la vez es el que ofrece la máxima resistencia del circuito térmico. Por lo anterior es necesario relacionar las variaciones de la corriente con los elementos que lo conforman, esto es, afectar el elemento térmico del terreno y del concreto por el factor de pérdidas. 1
Este modelo permite calcular las variaciones de temperatura ante variaciones de carga abruptas (sobrecargas, suplencias a otros puntos de la red, etc) en intervalos de tiempo reducidos. La limitación en sobrecarga está dada por el tipo de material aislante usado; por ejemplo para aislamiento en XLPE la temperatura de emergencia permisible es 130°C. Entonces, cuando se excede la capacidad nominal de un cable la respuesta térmica no es instantánea, la temperatura aumenta paulatinamente, en forma exponencial, hasta alcanzar el máximo de equilibrio térmico, que es cuando el calor generado en el conductor es igual al calor disipado en los elementos que conforman el cable, es por esto que transcurre un tiempo antes que el cable alcance la temperatura máxima de sobrecarga y es este tiempo el que las normas definen como duración admisible de sobrecargas. El aumento gradual de temperatura en el cable tiene un comportamiento similar a la respuesta en el tiempo de un circuito eléctrico tipo RC (tipo capacitivo), ya que en el fenómeno térmico aparece el efecto de una capacitancia térmica.
2.1.2. CALCULO DE AMPACIDAD CON CURVA DE CARGA Este método se usa cuando se conoce la curva de carga. Generalmente los valores de ampacidad que se encuentran con este método son más altos que los encontrados en el primer método, gracias a que la precisión del cálculo es mayor, obteniendo resultados más precisos. El cálculo de ampacidad en cables mediante este método se basa en el análisis del factor de ciclo de carga denominado M, el cual es el valor por el cual la corriente permisible de estado estacionario calculada con un factor de carga del 100%, puede ser multiplicada para obtener el valor pico de corriente en una curva de carga diaria, tal que el conductor alcance, pero no exceda, el valor máximo permisible estándar de temperatura de un cable. Este factor representa la relación entre la temperatura máxima que alcanza el conductor y la temperatura que soporta sin sufrir perdida de vida útil, relacionando la máxima elevación de temperatura del conductor y la temperatura máxima que soporta el aislamiento, obteniendo así la corriente máxima que puede gestionar el cable con la curva de carga establecida.
Haciendo la analogía entre el circuito eléctrico y el térmico, las ecuaciones básicas que describen el comportamiento de un sistema como un cable son. ∆V = R * I ∆θ = T
I
= M *
=
θ R
(5)
(θ c − θ a ) − Wd * ∑ T Ta * Rca +
Qth Cth
C
(7) (8)
R: Resistencia eléctrica, [Ω] T: Resistencia térmica, [ºC/W] I: Corriente eléctrica a través de R, [A] W: Energía calorífica a través de T, [W] ∆V: Diferencia de voltaje en R, [V] ∆θ: Diferencia de temperatura en T, [ºC] C: Capacitancia eléctrica, [F] Cth: Capacitancia térmica, [J/ºC] Q: Carga eléctrica almacenada en C. [C] Qth: Calor almacenado en Cth, [J] ∆V: Aumento de voltaje a través de C debido a Q, [V] ∆θ: Aumento de temperatura a través de Cth debido a Qth, [ºC]
(∞
θ max
∆θ =
Q
Donde,
El factor de ciclo de carga y la ampacidad del cable se obtienen mediante las siguientes expresiones. M
*W
∆V =
∑ T 0 *( Rca * (1 + λ )) (6)
En la Capacitancia Térmica se almacena energía térmica y se define como la razón entre el calor almacenado y el cambio de temperatura
Donde, 1
- Manual técnico de Cables. Victor Sierra, Alfonso Sansores, México 1983, editorial McGraw-Hill. -Insulated Power Cable Engineers Association. New York: American Institute of Electrical Engineers, 1962 (AIEE Pub. no. S-135-1-2).
En la Resistencia Térmica se disipa energía térmica y se define como la capacidad de un material para 3
evitar el intercambio térmico. Una representación del circuito térmico se muestra en la figura 3. Circuito Térmico
θc
θa
t =0
Resistencias Térmica
W
Capacitancias Térmicas
Temperatura en un Capacitor
Figura 4. Respuesta térmica ante un paso de corriente (encontrado con SPACS) Tiempo
Como la respuesta de un circuito térmico es de forma exponencial a una cantidad determinada de corriente, y con el fin de encontrar la solución total del sistema, se trabajó con la filosofía del circuito eléctrico, es decir, evaluar la respuesta del conductor en cada cambio del valor de corriente, logrando el objetivo mediante la suma de cada respuesta para los diferentes intervalos de tiempo.
Figura 3. Circuito térmico Capacitancia térmica
3.1. RESPUESTA TÉRMICA DEL CABLE. El cálculo de este fenómeno es uno de los principales puntos del análisis ya que de las deducciones que se hacen en él se basan los resultados de cantidades y tiempos que puede soportar en sobrecarga un cable.
Se debe tener en cuenta que las ecuaciones de temperatura responden al cuadrado de la corriente, entonces para encontrar la respuesta se debe calcular un delta cuadrático. El efecto de la variación de corriente se muestra en la figura 5.
El transiente de temperatura en un cable se calcula en dos partes, la primera calcula el aumento de temperatura del conductor a la superficie del cable, y la segunda evalúa el aumento de temperatura de la superficie del cable al ambiente. Estas dos se suman para obtener la temperatura total del cable. Las expresiones para encontrar el transitorio térmico son:
2
I
I (t)
(I1)2 (∆ I)2
θ c ( t )
I1
= Wc Ta ( 1 − e− at ) + Tb ( 1 − e−bt ) (9)
I2
θc (t): Aumento de temperatura del núcleo del cable
Tiempo
a la superficie del cable.
Tiempo
Figura 5 Función de corriente y función de corriente cuadrada
2
Wc: Perdidas en el conductor (I *Rac)
3.2. RESPUESTA TÉRMICA PARA UNA CURVA DE CARGA
Ta,Tb: Resistencias térmicas aparentes utilizadas para el calculo transitorio.
Para encontrar la respuesta térmica del conductor, la curva de carga diaria es discretizada en intervalos horarios.
a,b: Coeficientes que representan constantes de tiempo para el transiente térmico.
θ ( t)
(I2)2
∆I
= θ ( t ) + α ( t ) * θ ( t ) + Wd * ∑ T (10) c
e
θ(t): Aumento total de temperatura del conductor al
ambiente. ά(t): Factor de alcance para el aumento transitorio de temperatura entre conductores y la superficie externa del cable. Wd: Perdidas en el dieléctrico ΣT: Resistencia térmica total en estado estable.
Figura 6 Curva de Carga Tipo Residencial. Así entonces, y con las ecuaciones de respuesta en estado transitorio de un conductor, se calcula la respuesta al primer paso de corriente, como si este valor se mantuviera constante en el tiempo.
Como se comentó, la respuesta térmica del cable es más lenta que el cambio de capacidad de corriente. Este fenómeno es el que permite realizar mayor explotación del cable. Ver figura 4.
4
It
θ t,I
t=0
Tiem o
t=0
Tiem o
Figura 7. Efecto térmico a una función paso de corriente El efecto térmico cuando la corriente aumenta se calcula, sumando a la respuesta inicial, el efecto del ΔI2. La ecuación y grafica resultante se muestran a continuación.
θ(t, I2) = θu(t, I12) + θu (t-t1, ∆Ia2)
Figura 10. Resultado gráfico de la imagen térmica
4. RESULTADOS
(13), donde
4.1 Capacidad de Conducción en estado estacionario .
θu(t, I12) = θc(t, I) + θ(t,I) (13,1) It
Los resultados obtenidos con SPACS presentaron diferencias porcentuales del ± 4%, respecto de los valores de capacidad amperica establecidos en el Standard IEEE std 835-1994, evidenciando su confiabilidad.
θ (t, I )
(I2)
?I a
2
(I1) =
=
=
Tabla 1. Comparación valores obtenidos vs. Valores por norma IEEE 835-94
=
Figura 8. Efecto térmico ante la función paso y ante un delta positivo
CARACTERÍSTICAS CONDUCTOR Conductor
El efecto térmico cuando la corriente disminuye se calcula restando a la respuesta inicial el efecto del ΔI2. I(t)
Calibre
No Circuitos X banco ductos
COBRE 2/0
3 6 3 6 3 6 3 6 3
4/0 350
θ(t, I )
(I2)
ALUMINIO 2/0
2 ?I b
4/0
(I1) t=0
t=t
t=0
t=t
Valor obtenido
FC=1
188 151 238 188 301 235 147 118 188
FC=0.75
212 175 269 222 343 280 166 137 213
FC=1
184 150 233 189 398 240 144 118 184
FC=0.75
206 175 262 221 338 283 162 137 207
4.2 Análisis de la capacidad de conducción de cables subterráneos para cualquier característica de curva de carga. Al sensibilizar el factor de carga se
Tiem
Figura 9. Efecto térmico ante la función paso, un delta positivo y ante un delta negativo θ(t,I2)=θu(t,I12) + θu (t-t1,∆Ia2)-θu (t-t2,∆Ib2)
norma IEEE 835-94
(CONDUCTOR TRIPLEX 15 kV)
observa como varía la capacidad de conducción de los cables, permitiendo hacer una selección y explotación acorde con las características del sistema eléctrico.
(14)
La respuesta térmica total del cable es calculada como la suma total de los delta cuadrados de corriente (ΔI2), así la temperatura en un momento n del tiempo es calculada con la siguiente ecuación.
Tabla 2. Capacidad nominal de conductores a diferentes niveles de operación. Capacidad nominal de conductores a diferentes condiciones de operación
(
θ tn , I
Conductos con circuitos CALIBRE FC 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1
i =n
2
) = ∑θ u ( t − t , ∆I ) 2
i
i
(15)
i =0
Como resultado del procedimiento descrito se encuentra la respuesta térmica del conductor, para cualquier caso, a un ciclo de carga diario, que es calculada y graficada en el programa SPACS. Este método es aplicado para encontrar la respuesta térmica en operación normal y en contingencia.
3 2/0 239 234 229 224 219 214 209 204 199 195 191
4/0 306 299 292 286 279 272 266 260 254 248 242
6 300 367 359 350 342 334 325 317 314 302 295 288
350 397 388 379 369 360 351 342 334 326 318 310
2/0 213 206 200 193 187 181 176 170 165 160 155
4/0 272 263 254 245 237 230 222 215 209 202 196
300 324 313 302 292 282 273 264 255 247 240 232
350 350 338 326 315 304 294 284 275 260 257 249
(Conductor Triplex de cobre 15 KV, aislado con temperatura de operación normal de 90° C, con neutro de calibre 1/3 de la fase, Resistividad del terreno 90 °C-cm/ Watio, Temperatura ambiente de la tierra 20° C)
4.3 Análisis del perfil de temperatura del conductor en función del ciclo de carga Para circuitos con igual corriente de carga máxima, pero diferente ciclo de carga, el perfil de temperatura es más alto en aquellos circuitos con mayor factor de carga; es 5
decir, el cable permanece con mayor temperatura, restringiendo su explotación. Ver figura 11. Aislamiento del cable
Banco de ductos100% de ocupación
PVC
6
XLPE
6
Calibre del Ampacidad conductor [A] 4/0 161 300 190 224 4/0 300 271
4.5 Análisis de Capacidad de conducción en emergencia. Con la herramienta SPACS se pueden establecer los valores de carga adicional y el tiempo que puede soportar este incremento con o sin pérdida de vida útil del cable, según criterio de explotación de la empresa. Es decir, tomando como restricción un valor de temperatura de operación del conductor la distribuidora optará por aumentar o disminuir carga; por ejemplo, si en el sistema eléctrico se requiere suministrar respaldo en un sector de la red que ha presentado interrupción del servicio, y existen diferentes alimentadores con cargabilidad similar, la distribuidora podrá seleccionar aquellos cuyo conductor tengan una condición térmica más favorable (más frío). Como ilustración se muestra el nivel de carga adicional que puede soportar un cable de 15 kV cobre 4/0 AWG aislamiento XLPE en una instalación de un banco de 6 ductos con 100% de ocupación cuya condición de precarga esta dada para un Fc del 100%, temperatura de operación de 90°C a carga nominal, al cual se quiere aplicar diversos niveles de sobrecarga estableciendo como restricción la temperatura máxima en emergencia del aislamiento,130°C, y encontrar el tiempo que puede sostener esta sobrecarga antes de llegar a la temperatura de restricción. Ver tabla 4 y figura 13.
Figura 11. Perfil de temperatura del conductor en función del ciclo de carga Aunque las curvas de la figura 11 tienen la misma corriente máxima, cerca de 200 amperios, la curva de la izquierda presenta un ciclo de carga más constante, mayor factor de carga, reflejando en el conductor una mayor temperatura alcanzando en promedio los 70°C, mientras que la curva del lado derecho alcanza en promedio temperaturas de 48°C; esta condición le genera una mayor disponibilidad de suministro de carga. Este tipo de análisis le permite a la empresa distribuidora de energía tener nuevos y mejores criterios para determinar la conveniencia de una mayor explotación de la infraestructura, tanto en la operación diaria como en la expansión del sistema.
4.4 Diseño de redes subterráneas. Con la herramienta desarrollada SPACS, es posible diseñar y calcular la capacidad de conducción del cable sensibilizando sus características propias (tipo de aislamiento, resistencia eléctrica, etc,) así como las variables asociadas a la instalación (profundidad de enterramiento, diámetro de ductos, etc). Como ejemplo se muestra la variación de capacidad de conducción del cable para diferentes niveles de enterramiento, ver figura 12. y diferente tipo de aislamiento del cable, ver tabla 3.
Tabla 4. Capacidad máxima (130ºC) de sobrecarga con condición de precarga de 90ºC y Fc del 100%
TIEMPO DE SIMULACIÓN PARA LLEGAR A 130 ºC CABLE 15 kV, cobre, 4/0
S O T C U D 6 E D O C N A B
Figura 12. Variación de la capacidad de conducción en función de la profundidad de enterramiento Tabla 3. Variación de la capacidad de conducción en función del tipo de aislamiento .
6
10 min
20 min. 30 min.
1 2 4 6 HORA HORAS HORAS HORAS
Corriente nominal 100% factor de carga [A]
198
198
198
198
198
198
198
Corriente suplencia para llegar a 130 ºC [A]
183
133
108
76
57
48
47
Corriente total para llegar a 130 ºC [A]
381
331
306
274
255
246
245
92.4%
67.2%
54.5%
24.2%
23.7%
diferencia porcentual
38.4% 28.8%
Figura 13. Porcentajes de carga que se puede adicionar a un conductor que opera al límite nominal térmico
Se desarrolló el Software para análisis de conductores subterráneos “SPACS” que incluye el estudio del modelo térmico del conductor, permitiendo realizar:
En la figura 14 se ilustra como a través de SPACS se puede hacer gestión eficiente de la operación de la red eléctrica.
En la operación del sistema, la explotación adecuada de uno de los activos de la red eléctrica más restrictivos como lo es el tramo inicial del circuito que generalmente se construye con conductor subterráneo. En nuevas instalaciones y/o modificación de las existentes permite mejorar su diseño, mediante la sensibilización de parámetros de la instalación y características constructivas del conductor. En Planeamiento como herramienta de análisis. Se evidencia la importancia de considerar en la operación de los sistemas el análisis de los factores y/o ciclo de carga mediante la caracterización de la demanda.
Figura 14. Análisis SPACS del perfil de temperatura conductor de salida circuito de media tensión.
Se evidencia que con ciclos de carga no uniformes (factor de carga bajo), el conductor presenta perfiles de temperatura bajos que permite manejar mayor nivel de sobrecarga.
El ejemplo muestra el ciclo de carga diario de un circuito y el perfil de temperatura del cable 4/0 AWG, instalado en un banco de 6 ductos, con corriente máxima 200[A]. El análisis indica que la sobrecarga aplicable de las 5:00 a 8:00 p.m. antes de llegar a la temperatura máxima nominal del aislamiento (90ºC) es de 41 amperios.
6. BIBLIOGRAFIAS [1] Manual técnico de Cables. Víctor Sierra, Alfonso Sansores, México 1983, editorial McGrawHill.
Así como este análisis, son innumerables las posibilidades de sensibilización, ajustados a su caso particular, que se presentan para las empresas distribuidoras y/o diseñadores encaminadas a un explotación eficiente de su infraestructura.
[2] Power cable ampacities / Sponsored and computed by Insulated Power Cable Engineers Association in collaboration with Insulated Conductors Committee, Power Division,AIEE. Insulated Power Cable Engineers Association. New York : American Institute of Electrical Engineers, 1962 (AIEE Pub. no. S-135-1-2). [3] Aluminio Hanbook
5. CONCLUSIONES
[4] Norma IEEE 835-94
El conocimiento y aplicación del modelo térmico de los cables, es fundamental para las empresas distribuidoras de energía ya que les permite realizar una mejor gestión de la operación y planeación de su sistema, reflejándose en beneficios técnicos (gestión de vida útil, criterio de operación de la red, etc.) y económicos (aplazar inversiones evaluando una mayor explotación del conductor, mejor remuneración regulatoria de la infraestructura reflejada en mayores $/kWh, mayor recuperación de la inversión, entre otras).
[5] Norma NTC 2050, [6] Estudio de Caracterización de la Demanda Zona Urbana CODENSA. [7] Normas de Construcción redes de media tensión Volumen 2 CODENSA. [8] Normas IEC 60853-2. [9] Normas IEC 60287-1-1. [10] Normas IEC 60287-1-2.
5. ANEXOS
Se presenta una nueva alternativa de explotación de la red, basada en el aprovechamiento del conocimiento del factor de carga y/o curva de carga diaria, la cual es un insumo para el establecimiento de nuevos y/o mejores criterios de normalización en las redes de distribución.
Se presenta a continuación algunos de los principales pantallazas de la herramienta SPACS, que ilustran la posibilidades de gestión que se pueden implementar.
7
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