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Ing. Alfredo Martínez MelchorGerencia Técnica Comercial
Ing. Alfredo Martínez MelchorGerencia Técnica Comercial
SISTEMA DE CONEXION DE PANTALLAS METALICAS EN CABLE DE ENERGIA
COMO SOLUCION A TENSIONES Y CORRIENTES INDUCIDAS EN SISTEMAS DE POTENCIA
SISTEMA DE CONEXION DE PANTALLAS METALICAS EN CABLE DE ENERGIA
COMO SOLUCION A TENSIONES Y CORRIENTES INDUCIDAS EN SISTEMAS DE POTENCIA
Poniente 140 # 720 Colonia Industrial VallejoMéxico, D.F. C.P. 02300
Componentes principales de un cable de energíaComponentes principales de un cable de energía
Diseño típico de cable de energía con aislamiento s ólido ó extruido
CUBIERTA
PANTALLAMETALICA
SEMICONDUCTOR
AISLAMIENTO
SEMICONDUCTOR
CONDUCTOR
Definición:
Es la cantidad de corriente que es capaz de transportar un conductor aislado en función de las condiciones de instalación y del medio ambiente que lo rodea, sin que se eleve la máxima temperatura de operación a valores que deterioren o dañen los componentes del mismo.
Existen 3 situaciones de capacidad de corriente en un cable:
• Condiciones normales de operación
• Condiciones de sobrecarga
• Condiciones de corto circuitoCorriente eléctrica
Finalidad eléctrica:• Ofrecer una capacidad de conducción de corrienteFinalidad eléctrica:• Ofrecer una capacidad de conducción de corriente
CONDUCTOR ELECTRICOCONDUCTOR ELECTRICO
Cuidados:
Mantener las tensiones de jalado dentro de los valores recomendados acorde a la construcción del cable.
• Tensión máxima de jalado en línea recta o curva
• Longitud máxima de instalación
Finalidad mecánica:• Elemento por el que se va a jalar el cable para su instalaciónFinalidad mecánica:• Elemento por el que se va a jalar el cable para su instalación
CONDUCTOR ELECTRICOCONDUCTOR ELECTRICO
USO: En cables con tensiones de operación de 2 kV y mayores.
Finalidades:• Reducir concentraciones de campo eléctrico • Proporcionar un contacto íntimo con el aislamiento
Finalidades:• Reducir concentraciones de campo eléctrico • Proporcionar un contacto íntimo con el aislamiento
PANTALLA METALICA SOBRE EL CONDUCTORPANTALLA METALICA SOBRE EL CONDUCTOR
Conductores
Líneas de campo
AislamientoSemiconductor
Líneas equipotenciales
Configuración del campo próximo al conductor con semiconductora interna
Configuración del campo próximo al conductor sin semiconductora interna
Finalidad:• Contener en su masa el campo eléctricoFinalidad:• Contener en su masa el campo eléctrico
Existen 3 situaciones que someten a esfuerzo eléctrico al aislamiento:
• Tensión normal de operación
• Sobretensión por descarga atmosférica
• Sobretensión por maniobra de interruptores
Campo ó gradiente eléctrico
Líneas equipotenciales
Aislamiento
dpda
=
dpda
dpxLog
xVoGmáx
10
869.0kV/mm
AISLAMIENTOAISLAMIENTO
Finalidades:• Mantener una distribución radial y simétrica del ca mpo eléctrico• Proporcionar un contacto íntimo con el aislamiento
Finalidades:• Mantener una distribución radial y simétrica del ca mpo eléctrico• Proporcionar un contacto íntimo con el aislamiento
USO: En cables con tensiones de operación de 5 kV y mayores.
PANTALLA SEMICONDUCTORA SOBRE EL AISLAMIENTOPANTALLA SEMICONDUCTORA SOBRE EL AISLAMIENTO
Configuración del campo al exterior del aislamiento sin pantalla semiconductora
externa
Configuración del campo eléctrico en forma ideal con pantalla semiconductora interna y
externa
Finalidades:• Drenar a tierra corrientes capacitivas• Mantener cero campo eléctrico al exterior del cable• Conducir corrientes de falla (secuencia cero)• Hermeticidad (cubiertas metálicas)
Finalidades:• Drenar a tierra corrientes capacitivas• Mantener cero campo eléctrico al exterior del cable• Conducir corrientes de falla (secuencia cero)• Hermeticidad (cubiertas metálicas)
PANTALLA METALICAPANTALLA METALICA
F
F
F
N
Icc
Finalidades:• Protección mecánica y contra ingreso de humedad • Aislamiento de la pantalla metálica del medio que l o rodea• Protección contra la corrosión de la pantalla metál ica
Finalidades:• Protección mecánica y contra ingreso de humedad • Aislamiento de la pantalla metálica del medio que l o rodea• Protección contra la corrosión de la pantalla metál ica
CUBIERTA EXTERNACUBIERTA EXTERNA
Todas las cargas eléctricas en movimiento producen un campo magnético
Con la aplicación de un voltaje, los electrones libres se mueven en la misma dirección y sus campos magnéticos se combinan . El campo se extiende hacia afuera del conductor
corriente eléctrica I (ampere = A)
campo magnético o inducción magnética B (tesla = T)
Corriente eléctrica I
ii
Campo
magnético BCuando se forma una espira todos los
campos magnéticos circulares entran por un lado de la espira y salen por el otro;
se refuerza el campo magnético .
PRINCIPIOS DEL ELECTROMAGNETISMO: CAMPO MAGNETICOPRINCIPIOS DEL ELECTROMAGNETISMO: CAMPO MAGNETICO
FLUJO MAGNETICO EN UN AREAFLUJO MAGNETICO EN UN AREA
Area = A
Campo Magnético B
ΦΦΦΦ = Flujo Magnético = B x A weber (Wb) = tesla (T) x m2
Cuando el campo no es constante en toda el área: ΦΦΦΦ = ∫ B dA
dΦΦΦΦ
“Cuando en un área existe un flujo magnético que varía con el tiempo, se induce una fuerza electromotriz (tensión o voltaje) alrededor de dicha área”
Matemáticamente:dt
FEM =
Area = A
Campo magnético B variable en el tiempo.
Fuerza electromotriz inducida
FEM = V (tensión)
Variación del flujo magnético
Tiempo transcurrido=
FUERZA ELECTROMOTRIZ GENERADA POR UN FLUJO MAGNETICO VARIABLE EN EL TIEMPO
FUERZA ELECTROMOTRIZ GENERADA POR UN FLUJO MAGNETICO VARIABLE EN EL TIEMPO
“Si alrededor del área en la que existe o incide un flujo magnético variable con el tiempo, existe un camino conductor (como un alambre metálico), va
a circular una corriente eléctrica por él”
Area = A
Fuerza Electromotriz
Inducida
Campo magnético Bvariable en el tiempo
Corriente eléctrica inducida I
Trayectoria conductora rodeando al área A
CORRIENTE ELECTRICA INDUCIDACORRIENTE ELECTRICA INDUCIDA
pantalla metálica
conductor metálico
campo magnético B
corriente en el conductor
Ic
conexión eléctrica de las pantallas
metálicas
tensión inducida en las pantallas metálicas Vp
TENSION INDUCIDA EN LAS PANTALLAS METALICAS CUANDO
ESTAN UNIDAS EN UN PUNTO
TENSION INDUCIDA EN LAS PANTALLAS METALICAS CUANDO
ESTAN UNIDAS EN UN PUNTO
CORRIENTE INDUCIDA EN LAS PANTALLAS METALICAS
CUANDO ESTAN UNIDAS EN DOS PUNTOS
CORRIENTE INDUCIDA EN LAS PANTALLAS METALICAS
CUANDO ESTAN UNIDAS EN DOS PUNTOS
pantalla metálica
conductor metálico
campo magnético B
corriente en el conductor
Ic
conexión eléctrica de las pantallas metálicas
corriente inducida en las
pantallas metálicas Ip
El requerimiento técnico-seguridad en la operación
• El uso de una pantalla metálica implica la necesidad de conectarla a tierra por lo menos en un punto a lo largo de la trayectoria de los cables.
OPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIAOPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIA
La operación confiable y segura de loscables de energía en media, altatensión y extra alta tensión estágarantizada con sus diseños, los cualesse han comprobado exitosamente através de pruebas de laboratorio. Peroen la operación tenemos unrequerimiento importante:
Puesta a tierra de la pantalla metálica del cable de energía
Un solo extremo del cable es conectado solidamente a tierra. El otro extremo permanece abierto.
• Existe tensión inducida
• No existen circulación de corriente en las pantallas.
• Los puntos de tensiones permanentes deben de ser protegidos por otros medidas adicionales.
Pantallas aterrizadas en un solo puntoPantallas aterrizadas en un solo punto
V
L
OPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIAOPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIA
Economía y seguridad
Puesta a tierra en un solo punto:
� En operación normal, si aterrizamos en unpunto, la tensión inducida puede alcanzarvalores de decenas de volts. La Norma NOM-001-SEDE nos indica una tensión no mayor de55 V en el extremo no aterrizado.
� En condiciones de corto circuito, la corrientede falla induce tensiones de varios cientos devolts. Riesgo de electrocución de una persona.La tensión inducida no llega a perforar lacubierta exterior del cable.
OPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIAOPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIA
Ui
x
fase A
fase B
fase C
L/2L
Economía y seguridad........cont.
Puesta a tierra en un solo punto:
� En condiciones de una sobretensión por descarga atmosférica o maniobra de interruptores, la tensión inducida en el extremo no aterrizado alcanza valores de miles de volts. La tensión inducida puede perfora la cubierta, ésta ya no es un aislamiento de la pantalla metálica respecto al medio que lo rodea y permite la penetración de humedad al interior del cable.
OPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIAOPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIA
Ui
x
fase A
fase B
fase C
L/2L
V
L
Ambos extremos del cable son conectados solidamente a tierra
• No existen tensiones inducidas en los extremos del cable
• Mayor seguridad durante maniobras de mantenimiento.
• Circulación de corriente puede fluir en las pantallas debido al “loop” entre los dos puntos de aterrizamiento el cual es cerrado a traves de la tierra física, reduciendo significativamente la capacidad de conducción de corriente.
Pantallas aterrizadas en dos o mas puntosPantallas aterrizadas en dos o mas puntos
OPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIAOPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIA
Puesta a tierra de la pantalla metálica del cable de energía
Economía y seguridad........cont.
Puesta a tierra en dos o más puntos:
� En condiciones normales deoperación y de corto circuito segeneran pérdidas de energía porefecto Joule (I2R) calor = watts.Puede dañarse la cubierta exteriordel cable por el calor generado.
OPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIAOPERACIÓN DE LOS CABLES DE ENERGIA
Ui
x
Por seguridad las pantallas metálicas deben estar s iemprepuestas a tierra al menos en un punto .
El método que proporciona mayor seguridad en una in stalación es la puesta a tierra de las pantallas en dos o más puntos , ya que no existe una tensión o voltaje neto inducido en ellas. Sin embargo con este método circ ulan corrientes en las pantallas.
pantallaconductor
Prácticas de seguridad en diseño, construcción, operación y mantenimiento deben basarse en el principio que el voltaje en la pantal la metálica de cables de energía debe ser considerado análogo al de cables de baja t ensión sin pantalla.
RECOMENDACIÓN DE LA CONEXION A TIERRA DE PANTALLAS METALICASRECOMENDACIÓN DE LA CONEXION A TIERRA DE PANTALLAS METALICAS
corriente I
RpIpWp 2=
pantalla metálica
Diseño de
sistemas de redes
subterráneas
METODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICAMETODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICA
1. Minimizar las pérdidas de energía de los cables de energía.
2. Optimizar la capacidad de conducción de corriente.
3. Facilita las tareas de mantenimiento.
4. Garantizar la integridad del sistema y asegurar un mayor tiempo de vida útil
METODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICAMETODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICA
CALOR GENERADO EN EL CONDUCTORDE UN CABLE POR EFECTO JOULE
PERDIDAS DE ENERGIA EN LOS CABLES DE ENERGIAPERDIDAS DE ENERGIA EN LOS CABLES DE ENERGIA
RcIcWc 2=
corriente Ic conductor
corriente IP
RpIpWp 2=
Pantalla metálica
CALOR GENERADO EN LA PANTALLA DE UN CABLE POR EFECTO JOULE
(PANTALLAS SOLIDAMENTE UNIDAS O ATERRIZADAS EN DOS O MAS
PUNTOS)
Vo
δπ tan222
fCVoRa
VoWd ==
fCRaπδ
21
tan =
CALOR GENERADO EN EL AISLAMIENTO DEL CABLE POR
EFECTO JOULE
Las fuentes de generación de calor en un cable son:
Un cable de energía como cualquier conductor eléctrico, lo usamos para
llevar una corriente eléctrica en forma segura y confiable.
¿Qué limita la capacidad de corriente en un cable?
CAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTECAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTE
CAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTECAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTE
Q
T1T2
Conceptos básicos
La capacidad de conducción de corriente es un fenóm eno de transferencia de calor.
Las fuentes de generación de calor en un cable son:a) El conductorb) El aislamientoc) Pantallas o cubiertas metálicas
El calor generado debe fluír del lugar más caliente al de menor temperatura.
Existen diferentes barreras térmicas que impiden es te flujo de calor:1.- El aislamiento2.- El aire alrededor del cable3.- La tierra circundante al cable4.- La pared del tubo conduit5.- Etc.
Lo anterior depende del tipo de instalación de los cables: Al aire libre, directamente enterrado, en tubería conduit o en ductos subterrán eos.
CAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTECAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTE
TaTc
I2R
Rta Rtc
Rte
Wd
λλλλI2R
TcRta
Q=I2R
Tp TaTeRtc
Q=I2R
Rte
Q=I2R
λλλλI2RWd Wd
λλλλI2RWd
TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN CABLE CON GENERACION DE CALOR EN EL CONDUCTOR, EN EL AISLAMIENTO Y
EN LA PANTALLA METALICA
FLUJO DE CALOR
NIVEL DEL PISO
CABLEDUCTO
CALENTAMIENTO DE LOS CABLES DEBIDO A OTROS CABLES CERCANOS QUE
TRANSMITEN CORRIENTE
CAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTECAPACIDAD DE CONDUCCION DE CORRIENTE
1. Pantallas metálicas aterrizadas en un solo punto.2. Pantallas metálicas aterrizadas en dos o más punto s.3. Pantallas metálicas aterrizadas en varios puntos c on
cross-bonding
Condiciones de las pantallas metálicas
Nota: (1) Separación entre centros de cable (s) => 239 mm
Area de sección
transversal del conductor
(mm 2)
Formación
Aterrizaje depantallametálicadel cable
Capacidad de conducción de corriente Temperatura máxima del conductor90 °C
(A) amperes
En ductos de PE Ahogados en Concreto
50% F.C. 75% F.C. 100% F.C.
1000 TREBOL 1 punto 1136 948 802
1000 TREBOL2 ó más puntos
775 626 520
1000 TREBOLCross-
Bonding1136 948 802
CARACTERISTICAS DE OPERACION DEL CABLE
Pantallas metálicas: métodos de conexión especial de puesta a tierra
PANTALLAS METALICASPANTALLAS METALICAS
1. Prevenir o reducir las perdidas que se generan en las pantallas metálicas.
2. Limitar las tensiones inducidas en laspantallas como son requeridas porcuestiones de seguridad.
3. Mantener un circuito continuo en lapantalla metálica para permitir elretorno de las corrientes de falla y unaadecuada fuente de protección encaso de descargas atmosféricas ymaniobras de interrupción.
METODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICAMETODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICA
corriente circulando enpantalla metálica
conductor
corriente circulando en
METODOS DE CONEXIÓN ESPECIAL DE PANTALLAS METALICASMETODOS DE CONEXIÓN ESPECIAL DE PANTALLAS METALICAS
Solo se justifica porrazones económicas,generalmente paracables con corrientesmayores a 500 A o encorrientes demasiadoaltas en donde lageneración de calordebe ser minimizada.
No se considera el
aterrizaje en 2 o más puntos porque existe circulación de corriente en la
pantalla metálica que
genera pérdidas por efecto Joule
(I2R)
Métodos para reducir las pérdidas
1. La selección del tipo de sistema de conexión especial de las pan tallas aser utilizado.
- Single Point
1. La selección del tipo de sistema de conexión especial de las pan tallas aser utilizado.
a) En un solo puntob) Cross-bonding
2. En general se espera que las pantallas de los cables estén operandonominalmente a un potencial a tierra, pero en un sistema de conexiónespecial las pantallas tienen una tensión apreciable con respecto a tierra.Por lo tanto las pantallas metálicas deben de estar protegidas con unaislamiento adecuado. También deben de considerarse aspectos deseguridad, cuando se incrementan las tensiones en las pantallas, por lo quedeben ser especificados valores limites de tensiones perma nentesinducidas en dichas pantallas
METODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICAMETODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICA
FUNDAMENTOS DE CABLES DE ENERGIAFUNDAMENTOS DE CABLES DE ENERGIA
-MEXICO = 55 V (NOM-001-SEDE-2005)125 V Norma de Distribución-Construcción
Sistemas Subterráneos-Capítulo 5
- U.S.A. = 125 a 200 V (utilities)
- CANADA = 100 a 400 V
- INGLATERRA = 65 a 100 V, pero en terminales 25 V (metal expuesto)
- EUROPA = 60 V, pero en terminales 25 V (metal expuesto)
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
0.045
0.050
0.30 0.50 0.70 0.90 1.10 1.30 1.50 1.70 1.90
TE
NS
ION
IND
UC
IDA
(A
TIE
RR
A)
EN
VO
LTS
PO
R C
AD
A 1
00 m
Y P
OR
CA
DA
AM
PE
RE
1002 3 4 5 6 87 9 10 8030 40 50 6020
B
A
C
S S
B
A
CS
No. 1 No. 2
BA C
SS
No. 3
BA C
SS
SBA C
No. 4
BC A
SS
SBA C
No. 5
CONFIGURACION
No. 4 AC
No. 3 ACNo. 4B - 5BNo. 2 ACNo. 1ABC - 2B - 3B
No. 5 AC
TENSION INDUCIDA (A TIERRA) EN PANTALLASMETALICAS DE CABLES DE ENERGIA
RAZON S / Dm
Tensiones máximas inducidas permitidas en las panta llas metálicas en operación normal
PANTALLAS METALICAS ATERRIZADAS EN UN SOLO PUNTOPANTALLAS METALICAS ATERRIZADAS EN UN SOLO PUNTO
conductor
pantalla metálica
terminal
fase A
fase B
fase C
Tensión inducida en extremo no aterrizado
limitadores de voltaje en pantalla
(cuando se requiera)
conductor de tierra paralelo
El conductor de tierra paralelo tiene la función de evitar que la corriente, en caso de falla a tierra , regrese por la tierra física, ya que esto induciría tensiones muy altas en la pantalla.
También tiene la función de igualar los potenciales de tierra en los extremos de la instalación.
El tamaño de este conductor debe seleccionarse de m odo que soporte la corriente de falla del sistema.
El conductor de tierra paralelo se transpone a la m itad del circuito para evitar que se induzcan corrientes en él cuando los cables del sistema no s e transponen.
L/2
L
PANTALLAS METALICAS ATERRIZADAS EN UN SOLO PUNTOPANTALLAS METALICAS ATERRIZADAS EN UN SOLO PUNTO
conductor
pantalla metálica
terminal
fase A
fase B
fase C
Tensión inducida en extremo no aterrizado
conductor de tierra paralelo
L/2
L
Tensión inducida en extremo no aterrizado
Se lleva a cabo para circuitos, en los que se excede el máximo voltaje inducido permitido en la pantalla, si ésta se aterriza en un solo punto en un extremo.
limitadores de voltaje en pantalla (cuando se
requiera)
CON CONEXION A TIERRA EN EL PUNTO CENTRAL DE LA RUTA DE LOS CABLES
METODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLAS METALICASMETODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLAS METALICAS
SINGLE POINT 1
TRANSICIONAEREA-SUBTERRANEA
TRANSICIONSUBTERRANEA.AEREA
Caja de conexion trifásica para puesta a tierra de pantalla con 3 SVL´s (Limitadores de Tensión en la pantalla)
SINGLE POINT 2FASE C
FASE B
FASE A
FASE C
FASE B
FASE A
SB-1 SB-1
GTC-013-2009
COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD
DIAGRAMA DEL SISTEMA DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLAS DE
CABLE DE ENERGIA CONDUMEX
HACIA S.E. MAZATLAN I HACIA S.E.MAZATLAN II
REGISTRO DE EMPALME
SISTEMA DE CABLE DE ENERGIA XLP 115 kV CU 1 x 1200 mm
SISTEMA CFE L.T. S.E. MAZATLAN II - S.E. MAZATLAN I
Tensión máxima en cajas de conexion con la corriente máxima de operación normal del conductor
Terminal sellada tipo exterior-Intemperie, en poste troncocónico ó estructura en SECaja de conexión Trifásica para
puesta a tierra de pantallas
Empalme con interrupción de pantalla SMPGB-C1706
Cable XLP 115 kV Cu 1200mm
CCE Cable de tierra paralelo 107 mm
SIMBOLOGIA:
0 V0 V
ING. ALFREDO MARTINEZ MELCHORREVISADO POR:
FECHA:
DIBUJO No.:
ESCALA:
30- Abril - 2009
SIN ESCALAACOTACION:
m
APEC-B 1452 P
2
2
2
SB-1 SB-1
37 V
APEC-B 1452 P
Pantalla metálica de cable XLP 115 kV Cu 1200mm2
Cable de conexión para puesta a tierra 107 mm2
CAJA DE CONEXION PARA TIERRACAJA DE CONEXION PARA TIERRA
cable para conexión a tierra
carcasade la caja
Conexiones para probar el aislamiento de las pantallas
(cubierta exterior) y los limitadores de voltaje
cable de aterrizaje de las pantallas que viene de los
empalmes
CROSS BONDINGCROSS BONDING
El cross bonding tiene por objeto neutralizar el voltaje inducido en la pantalla de lo s cables y por lo tanto eliminar o reducir la corriente indu cida en la pantalla (aterrizamiento en 2 o más puntos).El voltaje se neutraliza completamente ( y por lo tanto no circula corriente en las pantalla s), solo si las tres longitudes (L) son iguales y si el arreglo de los cables es triangular equilátero ó con transposición.
conductor
pantalla metálica
terminal
punto de empalme de cables
punto de empalme de cables
limitadores de voltaje en pantalla (cuando se
requiera)
Tensión inducida
3L
L L L
Tensión inducida
fase A
fase B
fase C
fase Afase A
fase B fase B
fase C fase C
tierra local
� Consiste en un intercambio de la posición física de los cables para que todas las fases ocupen la
misma posición relativa en la instalación por la misma longitud.
� Esto se lleva a cabo con la finalidad de que las fases tengan las mismas características eléctricas,
principalmente la impedancia, para que ninguna de ellas este sometida a una carga mayor que las otras.
� En sistemas con cables en arreglos equiláteros no es necesario llevar a cabo la transposición debido a
que las fases ocupan la misma posición relativa.
CROSS BONDING CON TRANSPOSICION DE LOS CABLESCROSS BONDING CON TRANSPOSICION DE LOS CABLES
conductor pantalla metálica
terminal
limitadores de voltaje en pantalla (cuando se
requiera)
punto de empalme de cables
punto de empalme de cables
Tensión inducida Tensión
inducida
fase A
fase C
fase B fase A
fase Afase B
fase Bfase C
fase C
tierra local
L
L/3 L/3 L/3
CAJA DE CONEXION PARA REALIZAR EL CROSS BONDINGCAJA DE CONEXION PARA REALIZAR EL CROSS BONDING
cables coaxiales que vienen del empalme con interrupción de pantalla
cable para conexión a tierra
conexión de pantallas
limitador de voltaje en la
pantalla
carcaza de la caja
GTC-012-2007
LUZ Y FUERZA DEL CENTRO
DIAGRAMA DEL SISTEMA DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLAS DE
CABLE DE ENERGIA CONDUMEX
S.E. JAMAICA S.E. VERONICA
POZO 1 POZO 2 POZO 3 POZO 4 POZO 5 POZO 6 POZO 7 POZO 8 POZO 9 POZO 14POZO 13POZO 12POZO 11POZO 10
SISTEMA DE CABLE DE ENERGIA XLP 115 kV CU 1 x 800 mm
SISTEMA JAVE - L.T. S.E. JAMAICA - S.E. VERONICA
Tensión máxima en cajas de conexion con la corriente máxima de operación normal del conductor
Terminal sellada tipo exterior-Intemperie, en estructura
Caja de conexion trifásica para Cross-Bonding de pantalla con 3 SVL´s (Limitadores de Tensión en la pantalla)
Caja de conexión Trifásica para puesta a tierra de pantallas
Empalme con interrupcion de pantalla SMPGB-C1706
Empalme sin interrupcion de pantalla sin conexión de pantalla a tierra SMPGB-14511
Cable XLP 115 kV Cu 800mm
Cable de Conexión Concéntrico para cross-bonding 240 mm
Cable de conexión para puesta a tierra 500 kcmil (253.4 mm ) mm
SIMBOLOGIA:
189 V 215 V 0 V 189 V 198 V 0 V 65 V 89 V
0 V0 V
429 m 513 m 536 m 536 m 490 m 516 m 426 m 518 m 505 m 482 m 442 m 533 m 323 m 445 m 439 m
Seccion A 1 Sección A 2 Sección A 3 Sección B 1 Sección B 2 Sección B 3 Sección C 1 Sección C 2 Sección C 3
ING. ALFREDO MARTINEZ MELCHORREVISADO POR:
FECHA:
DIBUJO No.:
ESCALA:
15- Junio - 2007
SIN ESCALAACOTACION:
m
Terminal sellada Tipo interior para conexión a S.E. encapsulada SF6
APEC-B 1452 P
SB-1 XB
SB-1
XBXBXBXB SB-1 SB-1
XB
APEGA 1703
2
2
2
2
fase A
fase B
fase C
fase C
fase A
fase B
fase B
fase C
fase A
fase A
fase B
fase C
fase C
fase A
fase B
fase B
fase C
fase A
fase A
fase B
fase C
fase C
fase A
fase B
fase B
fase C
fase A
Empalme sin interrupcion de pantalla con conexión de pantalla a tierra SMPGB-14511
Se lleva a cabo para circuitosmuy largos en donde seexcede el máximo voltajeinducido permitido en lapantalla, si se lleva a cabo unsolo cross bonding.
CROSS BONDING SECCIONALIZADOCROSS BONDING SECCIONALIZADO
La longitud total se divide envarias secciones mayores, cadauna comprendiendo un crossbonding completo. Al inicio y alfinal de cada sección mayor seaterrizan las pantallas.
CROSS BONDINGCROSS BONDING
)](31[ 323121 LLLLLLyx ++−=
donde:
x = pérdidas por calor en las pantallas con cross bon ding (W/km)
y = pérdidas por calor en las pantallas aterrizadas e n dos puntos (W/km)
L1, L2, L3 = Longitudes por unidad de las tres secciones menor es, esto es: L 1+ L2+ L3 = 1
Ejemplo:
Si: L 1 = 0.4, L2 = 0.2, L3 = 0.4
x/y = 0.04; es decir que las pérdidas en la pantall a con cross bonding
son solo el 4 % de las pérdidas, si se aterrizan la s pantallas en dos puntos.
fase A
fase C
fase B fase A
fase Afase B
fase Bfase C
fase C
PERDIDAS EN SISTEMAS CROSS BONDING SECCIONALIZADOSCUANDO LAS LONGITUDES MENORES NO SON IGUALES
EJEMPLO PRACTICO DESBALANCEO DE CROSS BONDINGEJEMPLO PRACTICO DESBALANCEO DE CROSS BONDING
Ejemplo: LST SE QUERETARO ORIENTE-SE CIMATARIO
Si: L 1 = 0.1113, L2 = 0.4879, L3 = 0.4008
x/y = 0.1166; es decir que las pérdidas en la panta lla con cross bonding
son solo el 11.66 % de las pérdidas, si se aterriza n las pantallas en dos puntos.
377.3 m 1653.23 m 1358.25 m
SISTEMAS MIXTOSSISTEMAS MIXTOS
fase A
fase C
fase B fase B
fase C
fase A
fase B
fase C
fase A
continua
longitud aterrizada en un punto al final de la trayectoria del
sistema sistema con cross bonding
limitadores de voltaje en pantalla
(cuando se requiera)
Tensión inducida Tensión
inducida
pantalla metálica
punto de empalme de cables
punto de empalme de cablesconductor
terminaltierra local
Se emplean cuando las longitudes menores en el circ uito no son múltiplo de tres
METODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLAS METALICASMETODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLAS METALICAS
GTC-012-2009
COMISION FEDERAL DE ELECTRICIDAD
DIAGRAMA DEL SISTEMA DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLAS DE
CABLE DE ENERGIA CONDUMEX
HACIA S.E. NIZUC HACIA S.E. PLAYA DEL CARMEN
REGISTRO DE EMPALME No. 2
SISTEMA DE CABLE DE ENERGIA XLP 115 kV CU 1 x 1000 mm
SISTEMA CFE L.T. S.E. NIZUC - S.E. PLAYA DEL CARME N
Tensión máxima en cajas de conexion con la corriente máxima de operación normal del conductor
Terminal sellada tipo exterior-Intemperie, en poste troncocónico
Caja de conexion trifásica para Cross-Bonding de pantalla con 3 SVL´s (Limitadores de Tensión en la pantalla)
Caja de conexión Trifásica para puesta a tierra de pantallas
Empalme con interrupción de pantalla SMPGB-C1706
Cable XLP 115 kV Cu 1000mm
Cable de Conexión Concéntrico para cross-bonding 240 mm
CCE Cable de tierra paralelo 240 mm
SIMBOLOGIA:
95 V 95 V
0 V0 V
CROSS BONDING SECCION 1
ING. ALFREDO MARTINEZ MELCHORREVISADO POR:
FECHA:
DIBUJO No.:
ESCALA:
20- Abril - 2009
SIN ESCALAACOTACION:
m
APEC-B 1452 P
XBXB
2
2
2
2
0 V
SB-1XB XB
SB-1
0 V
SB-1SB-1
APEC-B 1452 P
Pantalla metálica de cable XLP 115 kV Cu 1000mm2
Cable de conexión para puesta a tierra 240 mm2
REGISTRO DE EMPALME No. 3
REGISTRO DE EMPALME No. 4
REGISTRO DE EMPALME No. 5
SINGLE POINT SINGLE POINTCROSS BONDING SECCION 2
CROSS BONDING SECCION 3
TRANSICIONAEREA-SUBTERRANEA
TRANSICIONSUBTERRANEA.AEREA
Caja de conexion trifásica para puesta a tierra de pantalla con 3 SVL´s (Limitadores de Tensión en la pantalla)
3. El uso de métodos de conexiones especiales da como resultado elevaciones desobretensiones en las pantallas durante sistemas transito rios y fallas . Los valores de estassobretensiones deben ser considerados. Para sistemas de alta tensión, un dispositivo limitadorde tensión en las pantallas (SVL) debe ser usado y las respectivas consideraciones deben serdadas para la coordinación de los niveles de aislamiento en las pantallas en relación a lassobretensiones a las cuales estos aislamientos estarán sujetos.
METODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICAMETODOS DE CONEXION ESPECIAL DE PANTALLA METALICA
PANTALLAS ATERRIZADAS EN UN SOLO PUNTOPANTALLAS ATERRIZADAS EN UN SOLO PUNTO
TENSION INDUCIDA EN PANTALLAS METALICAS DE CABLES D E ENERGIA (DE PANTALLA A CONDUCTOR DE TIERRA) PARA VARIOS TIPOS DE FALLA , EN SISTEMAS CON LAS PANTALLAS
ATERRIZADAS EN UN SOLO PUNTO (CABLES EN FORMACION PLANA)
PANTALLAS ATERRIZADAS CON CROSS BONDINGPANTALLAS ATERRIZADAS CON CROSS BONDING
TENSION INDUCIDA EN PANTALLAS METALICAS DE CABLES D E ENERGIA (DE PANTALLA A PANTALLA) PARA VARIOS TIPOS DE FALLA , EN SISTEMAS CON CROSS BONDING
SECCIONALIZADO (CABLES EN FORMACION PLANA)
LIMITADORES DE VOLTAJE EN PANTALLA (SVL)-APARTARRAYOSLIMITADORES DE VOLTAJE EN PANTALLA (SVL)-APARTARRAYOS
PRUEBAS DE IMPULSO ATMOSFERICO (1.2 x 50 µµµµs) A CUBIERTAS DE CABLES DE ACUERDO A IEC 229
- Deben limitar la tensión en la pantalla durante fallas, descargas atmosféricas y maniobras de interruptores, para evitar perforación de la cubierta de los cables o del aislamiento que interrumpe la pantalla en los empalmes, ya que esto ocasionaría que circularan corrientes en las pantallas con el consiguiente sobrecalentamiento de los cables, además de corrosión en las pantallas metálicas.
- Pueden ser resistencias no lineales, gaps de descarga o combinación en serie de ellos.
IEC 229 “Tests on cable oversheaths which have a spe cial protective function and are applied by extrusi on”
Impulso nominal de soporte delaislamiento principal del cable
NBAI(voltaje pico)
(kV)
Voltaje de prueba al impulso(voltaje pico)
(10 impulsos positivos y 10 negativos)(kV)
V < 380380 ≤≤≤≤ V < 750750 ≤≤≤≤ V < 11751175 ≤≤≤≤ V < 1550
V ≥≥≥≥ 1550
2037.547.562.572.5
Voltaje nominal del cable entre fases(kV)
NBAI(kV)
51525354669115230400
6011015020025035055010501425
1.2 +/- 30%
50 +/- 30%
t (µµµµs)
V
0.5V
SELECCION DE LIMITADORES DE VOLTAJE EN PANTALLA (SVL)SELECCION DE LIMITADORES DE VOLTAJE EN PANTALLA (SVL)
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40
Corriente del pulso (8/20 micro-s) (kA)
Vol
taje
de
desc
arga
(kV
)
3 kV
4.5 kV
6 kV
7.5 kV
9 kV
Curvas de descarga de limitadores de voltaje para p ulsos de corriente de 8/20 µµµµs (corresponde a pulsos de voltaje de 1.2/50 µµµµs por la no linealidad del dispositivo)
Voltaje de operación nominal:
- El voltaje de operación nominal debe ser mayor o igual a la tensión inducida en la pantalla en condiciones de corto circuito.
- El voltaje de descarga del limitador debe ser meno r al NBAI de la cubierta.
Apartarrayos para protección de cables y pantallas de cables de 0.68kV a 7.5kV.
RECOMENDACIÓN DE LA CONEXION A TIERRA DE PANTALLAS METALICASRECOMENDACIÓN DE LA CONEXION A TIERRA DE PANTALLAS METALICAS
En todo caso la selección del sistema de puesta tierra debe ha cerse en función delque represente la solución más económica considerando la in versión inicial y suoperación. Para este análisis se debe involucrar, según apl ique en el tipo desistema que se elija para aterrizar las pantallas, lo siguie nte.
5.5.7.4 Selección de los sistemas con métodos de co nexión especial de pantallas
• Costos de empalmes sin pantalla interrumpida. • Costos de empalmes con pantalla interrumpida. • Cajas de puesta a tierra. • Cajas de apartarrayos. • Perdidas en la pantalla durante la vida útil el cab le, la cual se considera de 30 años.• Capacidad de conducción de corriente del conductor central.
Dicho análisis se debe presentar a CFE para que dé su conformidad con el tipo de sistema de puesta a tierra.
METODOS DE CONEXIÓN DE PANTALLAS METALICASMETODOS DE CONEXIÓN DE PANTALLAS METALICAS
Conexión en dos o más puntos
No NoSubestaciones y conexiones
de circuito de cables de longitud corta
Conexión en un solo punto- Single
PointSi Si
Usualmente solo paracircuitos de cables de longitud de hasta 1 km
Conexión tipoCross-bonding
Solo en los puntos de
cross-bondingSi
Circuitos de cables con longitudes muy grandes
donde son requeridos empalmes
Pantallas metálicas: situaciones de falla a considerar en los diferentes
métodos de puesta a tierra
PANTALLAS METALICASPANTALLAS METALICAS
TRAYECTORIAS DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO CUANDO LA FALLA DE FASE A
TIERRA SE PRODUCE EN LA CARGA
TRAYECTORIA DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO CUANDO LA FALLA DE FASE A
TIERRA SE PRODUCE EN EL CABLE
falla
corriente en el conductor
secundario del transformador
conductor
pantalla metálicaterminal o
empalme
la corriente en pantalla circula hacia los puntos de aterrizaje o conexión de las pantallas
tramo de cables entre empalmes sin conductor neutro corrido
La corriente de cortocircuito circula entre empalme s por lo que se daña todo el tramo de cable al presentarse una falla de aislamiento en el mismo. Se produce sobre tensión de hasta 1.73 veces la tensión de operación en las fases no falladas.
Importancia de aterrizar las pantallas en varios pu ntos ( multiaterrizaje ) y no solo en los extremos de una trayectoria larga ( evita que toda la longitud de cable de la instalaci ón se queme. Solo se quema el tramo de cable con falla entre puntos aterrizados. ). Justificación también del uso del conductor neut ro corrido
METODOS DE CONEXIÓN ESPECIAL DE PANTALLAS METALICASMETODOS DE CONEXIÓN ESPECIAL DE PANTALLAS METALICAS
TRAYECTORIAS DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO EN FALLA DE FASE A TIERRA EN SISTEMAS CON LA PANTALLA ATERRIZADA EN
UN SOLO PUNTO
falla
secundario del transformador
carga
corriente de retorno de falla en el conductor de tierra paralelo
pantalla metálica
terminal
corriente en el conductor
conductor
No existen corrientes circulantes en las pantallasEl conductor paralelo ofrece un mejor camino a la corriente de retorno de falla que la tierra misma
METODOS DE CONEXIÓN ESPECIAL DE PANTALLAS METALICASMETODOS DE CONEXIÓN ESPECIAL DE PANTALLAS METALICAS
TRAYECTORIAS DE LA CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO EN FALLA DEFASE A TIERRA EN SISTEMAS CON CROSS BONDING
fallacorriente en el conductor
corriente de retorno de falla en la pantallasecundario del
transformador
carga
conductor
pantalla metálica
terminal
corriente de corto circuito
pantalla metálica
conductor
++=
BTi
BTf
t
SKI ln
222
Material K (A s 1/2 / mm2) B (°C)Cobre
AluminioPlomoAcero
2261484178
234.5228230202
Voltaje nominaldel cable (kV)
Temperatura inicial dela pantalla (°C)
5 a 2535 a 46
69 a 115
858075
Valores de las constantes para diferentes tipos de materiales
Temperatura inicial de la pantalla para cables con temperatura del conductor de 90 °C
CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO LA PANTALLACORRIENTE DE CORTO CIRCUITO LA PANTALLA
DIMENSIONAMIENTO DE LA PANTALLA METALICA QUE VA A TRANSMITIR CORRIENTES DE CORTO CIRCUITO
EN CASO DE FALLA DE FASE A TIERRA
I = Corriente de corto circuito que va a circular por la pantalla (A)
K = Constante que depende del material de la pantalla (As1/2 / mm2)
t = Duración del corto circuito (s)
S = Area de la sección transversal de la pantalla metálica (mm2)
Tf = Temperatura final que es la que soportan los elementos que rodean a la pantalla metálica (generalmente se toma = 200 °C)
Ti = Temperatura inicial (°C)
B = Constante que depende del material de la pantalla (°C)