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INSTALACIONES ELÉCTRICAS II

REDES SUBTERRÁNEAS

Ing. Carlos Huayllasco Montalva

NOMENCLATURA DE CABLES

N Cobre. K Plomo. S Pantalla de cobre. A Cubierta de yute. B Armadura de fleje de acero. F Armadura de alambre plano. R Armadura de alambre redondo. Z Armadura de alambre de perfil 3. G Contra espiral de un alambre chato en sentido contrario de la armadura. Gb Cinta de acero sobre la armadura aplicada en dirección opuesta y

cubriendo por lo menos el 50 % Y Plásticos o termoplásticos Pe Polietileno XLPE Polietileno reticulado

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EJEMPLOS DE NOMENCLATURA

NKY - Cable de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite, con envoltura deplomo y forro externo de termoplástico.

NKBA- Cable de cobre con aislamiento de papel impregnado en aceite, envoltura de

plomo, cubierta protectora interior, armadura de fleje de acero y cubiertaexterior de yute alquitranado.

NYY - Cable de cobre con aislamiento termoplástico y forro exterior termoplástico. NYSY - Cable de cobre, aislamiento termoplástico, pantalla de cinta de cobre y cubierta exterior de termoplástico.


- Conductores de sección circular con una “r” - Conductores de sección sectorial con una “s” - Conductores unifilares con una “e” - Conductores multifilares con una “m” Ejemplos: NKY 3x35 re 10 kV NYY 3x35 sm 1 kV

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Sección Circular

Sección Sectorial

NATURALEZA Y CARACTERÍSTICAS

Cubierta exterior Cubierta protectora Aislamiento Alma o Conductor

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Cu electrolítico recocido, cableadas, circulares o sectoriales

Sección mínima:

RP – 16 mm2 cables multipolares25 mm2 cables unipolares

RS – 6 mm2

conductor de fase



Cinta de papel impregnado de aislanteTermoplásticoPolietileno reticulado

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PantallaCubiertas metálicasArmaduras



Material termoplástico u otros

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CABLES DE ENERGÍA

NYY

Conductores de cobre recocido, sólido o cableado: concéntrico, comprimido, compactado o sectorial. Aislamiento de PVC y cubierta exterior de PVC color negro

CABLES DE ENERGÍA

NYY Duplex y Triple

Conductores de cobre electrolítico recocido, sólido o cableado comprimido o compactado. Aislamiento y cubierta individual de PVC. En la conformación duplex los dos conductores son trenzados entre sí. En la conformación triple, tres conductores son ensamblados en forma paralela mediante una cinta de sujeción

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CABLES DE ENERGÍA

NYBY

Conductores de cobre recocido sólido o cableado comprimido, compactado o sectorial. Aislamiento de PVC, cableados entre si relleno de PVC, armadura de dos flejes de acero y cubierta exterior de PVC color negro

CABLES DE ENERGÍA

NKY Baja Tensión

Conductor de cobre electrolítico recocido, sólido o cableado concéntrico o sectorial. Aislamiento de papel impregnado en aceite "no migrante”. Chaqueta interior de aleación de plomo y protección exterior con una cubierta de PVC color negro(descontinuado en Perú)

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CABLES DE ENERGÍA

NKY Media Tensión

Conductor de cobre electrolítico recocido, sólido o cableado concéntrico o sectorial. Aislamiento de papel impregnado en aceite "no migrante". Chaqueta interior de aleación de plomo y protección exterior con una cubierta de PVC color negro(descontinuado en Perú)

CABLES DE ENERGÍA

N2XY

Conductores de cobre electrolítico recocido, sólido o cableado. Aislamiento de polietileno reticulado, cubierta individual de PVC. En la conformación duplex los dos conductores son trenzados entre sí. En la conformación triple, tres conductores son ensamblados en forma paralela mediante una cinta de sujeción

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CABLES DE ENERGÍA

N2YSY Tripolar

N2XSY Unipolar

N2YSEY Tripolar

N2XS2Y-S

NA2XS2Y-S

LEY DE OHM TÉRMICA

V = IR V = caída de tensión entre dos puntos. I = intensidad de corriente. R = resistencia al paso de la corriente.

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LEY DE OHM TÉRMICA

t = WR t = caída de temperatura, °C W = cantidad de calor, W R = resistencia térmica del medio ( °C - cm / w )

CORRIENTE ADMISIBLE EN UN CABLE

tc ta R

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T = Tc - Ta Suponiendo que el calor producido sólo se debe al paso I Wc = Rc I

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Rc = resistencia eléctrica del conductor, Ohm. I = corriente en A. De ambas expresiones, en la Ley de Ohm Térmica se tiene: Tc - Ta = RcI

2 R ________ I = tc - ta RcR


c a

c

T TI

R R


Se sabe que Rc = L S

L = long. del conductor (podemos tomar L = 1m ). = resistividad del conductor. S = sección transversal del conductor.

________ I = S(tc – ta) R

( )S Tc TaI

R

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S

I

I/2

I/2

S/4

S/4

Cables simples y en paralelo de acuerdo a la primera evaluación de capacidad de corriente


Realmente en la práctica se tiene: - Además de pérdidas por efecto Joule, en el conductor hay un incremento de pérdidas

por efecto superficial y de proximidad en corriente alterna. - Existen pérdidas en los dieléctricos por efecto capacitivo. - Pérdidas en los recubrimientos metálicos, por corrientes parásitas. - Pérdidas en los tubos metálicos, si el cable va instalado en dichos tubos. - Generalmente los cables tienen más de un conductor (2,3 ó 4). - La corriente en el cable no es constante, varia de acuerdo al diagrama de carga. - Generalmente se instala varios cables por lo que se altera la temperatura del medio

ambiente. - Los aislantes presentan gran resistencia al paso del calor, la resistividad térmica del terreno es variable, según las estaciones climáticas y humedad

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CORRIENTE ADMISIBLE EN UN CABLEPUBLICACIÓN 287 - IEC

T = (I2 R + ½ Wd) T1 + [I2R (1+ 1)+ Wd ] nT2 +[ I2R(1+1 +2) + Wd] n (T3 + T4) Donde : I = corriente de un conductor - A T = elevación de temperatura en el conductor sobre la temperatura ambiente -

oC R = resistencia a corriente alterna por unidad de longitud de un conductor a la máxima

temperatura de operación /cm Wd= pérdida dieléctrica por unidad de longitud para el aislamiento alrededor del

conductor W/cm T1 = Resistencia térmica por unidad de longitud entre un conductor y el revestimiento -

oC - cm/w

T2 = Resistencia térmica por unidad de longitud del relleno entre el revestimiento y laarmadura o blindaje - oC - cm/w.

T3 = Resistencia térmica por unidad de longitud del forro externo del cable - o C -cm/w

T4 = Resistencia térmica por unidad de longitud entre la superficie del cable y el medioalrededor - o C - cm/w

n = números de conductores en el cable (igual sección y transportan la misma carga). 1 = relación de pérdidas entre el revestimiento metálico y las pérdidas totales en todos

los conductores. 2= relación de pérdidas entre la armadura y las pérdidas totales en todos los conductores.


La corriente permisible es obtenida como sigue: I= t - Wd ½ T1 + n (T2 + T3 + T4 ) ½ RT1 + nR( 1+ 1 )T2 + nR (1+1 +2 ) + Wd] n (T3 + T4 )

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CAPACIDAD DE CORRIENTE - TABLAS

Son para la siguiente clase de servicio: Un período de operación continua de 10 horascomo máximo, predominantemente a plena carga, seguido de otro período de al menosla misma duración, con una carga máxima del 60% de la plena carga. - En el caso de carga permanente y constante, los valores deben reducirse con un factor de 0.75. - La disposición de los cables es un cable multipolar por separado; o tres cables unipolares en disposición horizontal o en triángulo


- Los parámetros considerados son: Resistividad térmica del suelo - 100oC x cm/W Profundidad de tendido {0.70 m RP

{0.60 m RS Temperatura del suelo a la profundidad de tendido 20oC

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Cualquier otra condición fuera de las especificadas implicará regímenes de operaciónfuera de las condiciones normales, por lo que los valores de capacidad de corrientedeben ser afectados de los factores de corrección según sea el caso: Factor de corrección relativo a temperatura del suelo. Factor de corrección relativo a la resistividad térmica del suelo. Factor de corrección relativo a la proximidad de otros cables. Factor de corrección relativo a la profundidad de tendido.


- La capacidad de corriente de cables tendidos en ductos está dada para las siguientescondiciones: Temperatura del suelo...............................................................200C Resistencia térmica del suelo...................................................1000C - cm/w Profundidad de tendido..............................................................1,20 m - RP

1,00 m - RS Resistividad térmica del material que constituye el ducto.........1000C - cm/w También se aplicarán factores de corrección cuando las condiciones son distintas.

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UBICACIÓN DE CIRCUITOS

SP AP Agua Desagüe Agua SP

Gas

UBICACIÓN DE CIRCUITOS

Circuitos a ambos lados

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INSTALACIÓN EN ZANJARed Primaria

1,00 m

0,20 m

0,10 m

Arena o Tierra cernida Cable de Energía

Ladrillo o Placa de cemento

Cinta Señalizadora

INSTALACIÓN EN ZANJARed Secundaria

0,60 m

0,10 m

Arena o Tierra cernida Cable de Energía

Cinta Señalizadora(eventual)

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CABLES MULTIPOLARES NKY – 10 kV

Sección(mm2)

R(70 ºC)(/km)

X(/km)

Z(/km) (cos = 0.9)

3 x 6 3x10 3x16 3x253x353x503x703x95

3,692,191,380,8710,6280,4640,3250,231

0,1520,1480,1440,1280,1170,1140,1090,103

3,38722,03551,30480,83970,61620,46730,34

0,2366

CABLES TRIFÁSICOS NYY – 0,6/1 kV

Sección (mm2)

R(80ºC) (/km)

X (/km)

F.C.T 3 (380/220V)

3x6

3x10 3x16 3x25 3x35 3x70 3x95 3x120 3x150 3x240 3x300 3x400 3x500 3x800

3,6823 2,2071 1,3792 0,8824 0,4412 0,3151 0,2323 0,1829 0,1471 0,0914 0,0729 0,0544 0,0433 0,0272

0,12 0,118 0,118 0,111 0,110 0,103 0,103 0,103 0,098 0,098 0,098 0,095 0,094 0,090

0,00566 0,00343

0,002177 0,001418 0,000749 0,000553 0,000428 0,000357 0,000295 0,000210 0,000182 0,000152 0,000135 0,000107

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EJEMPLO CÁLCULO DE RS

Cable NYY - 3 ; directamente enterrado en terreno formado de arena con algo de arcilla y piedras medianas, sin compactación, seco, temperatura ambiente máxima de 35ºC, tensión 220V, 6 W/m2, área por vivienda 160 m 2, factor de potencia 0 ,9 (atraso), temperatura máxima admisible en el cable = 80ºC


Circuito Nº 1 - S.Particular Punto 1 2 2,1 3 3,1 4 5 5,1 6 6,1 7 Nc 6 - 6 - 6 6 - 6 - 8 4 Nc 42 36 6 30 6 24 18 6 12 8 4 FS 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Pot(S.P) (kW)

20,16

17,88

2,88

14,4

2,88

11,52

8,64

2,88

5,76

3,84

1,92

Pot (C.E.) (kW)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

P (C.E.) (kW)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Pot. Total (kW)

20,16

17,28

2,88

14,4

2,88

11,52

8,64

2,86

5,76

3,84

1,92

I(A) 58,8 50,4 8,4 42 8,4 33,6 25,2 8,4 16,8 11,2 5,6 Ia(A) 87,8 75,2 12,5 62,7 12,5 50,2 37,6 12,5 25,1 16,7 8,4 S (mm2)

16

16

6

16

6

6

6

6

6

6

6 L (m) 30 30 90 20 30 30 30 80 12 40 70 V(V) 3,94 3,38 4,40 1,88 1,47 5,87 4,4 3,92 1,17 2,61 2,28 V(V) 3,94 7,32 11,72 9,2 10,67 15,07 19,47 23,39 20,64 23,25 22,92

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Pot. (SP) (kW) = Nc x Fs. x P máx (W) x 1 Consumidos 1000 I(A) = Pot. Total (kW) x 1000 3 x V x Cos Ia = corriente aparente Ia = I . Producto de factores de corrección


- Resistencia térmica del suelo = 200ºC - cm/W. Factor de corrección por resistenciatérmica del terreno de 200 ºC - cm/W 0,77(suponiendo sección de 35 a 90 mm2)

- Factor de corrección por temperatura ambiente de 35ºC ________________ 0,87

Ia = I = I _0,77 x 0,87 0,6699

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Terreno formado de arena con algo de arcilla y piedras medianas sin compactación, seco




Ia = I = I _0,77 x 0,87 0,6699

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Terreno 200C-cm/W (suponiendo sección de 35 a 90 mm2), cable NYY - 3Ф




Ia = I = I _0,77 x 0,87 0,6699

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Temperatura ambiente de 35C, temperatura máxima admisible en el cable de 80 C


Circuito Nº 1 - S.Particular Punto 1 2 2,1 3 3,1 4 5 5,1 6 6,1 7 Nc 6 - 6 - 6 6 - 6 - 8 4 Nc 42 36 6 30 6 24 18 6 12 8 4 FS 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Pot(S.P) (kW)

20,16

17,88

2,88

14,4

2,88

11,52

8,64

2,88

5,76

3,84

1,92

Pot (C.E.) (kW)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

P (C.E.) (kW)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Pot. Total (kW)

20,16

17,28

2,88

14,4

2,88

11,52

8,64

2,86

5,76

3,84

1,92

I(A) 58,8 50,4 8,4 42 8,4 33,6 25,2 8,4 16,8 11,2 5,6 Ia(A) 87,8 75,2 12,5 62,7 12,5 50,2 37,6 12,5 25,1 16,7 8,4 S (mm2)

16

16

6

16

6

6

6

6

6

6

6 L (m) 30 30 90 20 30 30 30 80 12 40 70 V(V) 3,94 3,38 4,40 1,88 1,47 5,87 4,4 3,92 1,17 2,61 2,28 V(V) 3,94 7,32 11,72 9,2 10,67 15,07 19,47 23,39 20,64 23,25 22,92

I IIa = -------------------- = --------------

0,77 x 0,87 0,6699

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EJEMPLO CÁLCULO DE RP

Se emplea cable NKY – 3 - 10 kV, condiciones idénticas al problema anterior, temperatura admisible en cable 70 ºC.


Tramo P(kVA) P(kVA) L (km) I(A) Ia (A) PxL S(mm2) (%)V (%)V 4-3 50 50 0,290 2,88 4,13 14,5 16 0,019 0,0812 3-2 50 100 0,018 5,77 8,27 1,8 16 0,0023 0,0622

2.1-2 50 50 0,160 2,88 4,13 8 16 0,0104 0,0703 2-1 150 0,200 8,66 12,42 30 16 0,0391 0,0599

1.CT 50 200 0,080 11,55 16,57 16 16 0,0208 0,0208

I = P (kVA) = P (kVA) 3 x 10 17.32 V(%) = kVA x L x Z 10 x V2

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- Resistencia térmica del suelo = 200ºC - cm/W Factor de corrección (suponiendo 0,83

sección de 16 mm2 - hasta 25 mm2) mínima por cables multipolares. - Factor de corrección por temperatura ambiente de 35ºC ____________________0,84

Ia = I = I _ 0,83 x 0,84 0,6972


Terreno 200C-cm/W (suponiendo sección de 16 a 25 mm2), cable NKY - 3Ф

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- Resistencia térmica del suelo = 200ºC - cm/W Factor de corrección (suponiendo 0,83

sección de 16 mm2 - hasta 25 mm2) mínima por cables multipolares. - Factor de corrección por temperatura ambiente de 35ºC ____________________0,84

Ia = I = I _ 0,83 x 0,84 0,6972


Temperatura ambiente de 35C, temperatura máxima admisible en el cable de 70 C

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Tramo P(kVA) P(kVA) L (km) I(A) Ia (A) PxL S(mm2) (%)V (%)V 4-3 50 50 0,290 2,88 4,13 14,5 16 0,019 0,0812 3-2 50 100 0,018 5,77 8,27 1,8 16 0,0023 0,0622

2.1-2 50 50 0,160 2,88 4,13 8 16 0,0104 0,0703 2-1 150 0,200 8,66 12,42 30 16 0,0391 0,0599

1.CT 50 200 0,080 11,55 16,57 16 16 0,0208 0,0208

I IIa = -------------------- = --------------

0,83 x 0,84 0,6972

COMPROBACIÓN POR CORTOCIRCUITO

Para ello se debe conocer la potencia de cortocircuito en el punto de alimentación _SE. 60/10kV, dado por el Concesionario del Servicio Eléctrico. Por normalización de los equipos de protección se exige que estos tengan un poder de ruptura de 200 a 250 MVA

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- Supongamos para el problema una PCC = 100 MVA, y la apertura del equipo de protección en 0,2s.

PCC = Potencia de cortocircuito -> corriente máxima de c.c. a la tensión nominal. Poder de Ruptura = La máxima corriente de c.c. que puede (abrir) interrumpir un equipo

de protección a la tensión nominal. Icc (A) = PCC (MVA) x 1000 = 100 MVA x 1000 = 5 780,3 A 3 x 10kV 3 x 10kV


De curva (condiciones supuestas t inicial = 85ºC, t final = 160ºC) para 16 mm2 y 0,2 s se puede llegar a 7 500 A 7 500 A > 5 780 A El cable estará bien diseñado.

OJO CAMBIAR

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Existen fabricantes que recomiendan lo siguiente: Icc = 110 x S t Para Cu, asume que los cables están inicialmente a 60º C y temperatura al fina del C.C. no sobrepasa 150º C Icc = corriente de cortocircuito (A) S = sección conductor Cu (mm2 ) t = tiempo duración del corto circuito (s)


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