proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
ZONA POZA RICA-TUXPAN
“PROYECTO DE UN LABORATORIO DE
PRUEBAS PARA CABLES
SUBTERRÁNEOS PARA ALTA
TENSION”
TRABAJO PRÁCTICO TECNICO
QUE PARA OBTENER EL TILO DE:
INGENIEROMECANICO ELECTRICISTA
PRESENTAN:
JOSE JESÚS FLORES MIRANDA
FRITZ DEKIN DIAZ
WALFRE DEL ANGEL CORTEZ
POZA RICA DE HGO., VER
2005
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
1
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
2
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
3
DEDICATORIAS
A DIOS: POR DARME LA VIDA Y UNA HERMOSA FAMILIA
Y PERMITIRME TERMINAR MIS ESTUDIOS.
A MIS ABUELOS:
JESÚS MIRANDA SOLÓRZANO
MARGARITA AGUIRRE RAMIREZ
COMO UN TESTIMONIO DE GRATITUD Y PROFUNDO
AGRADECIMIENTO POR EL APOYO MORAL Y
ECONÓMICO QUE SIEMPRE ME HAN BRINDADO Y
CON EL CUAL E LOGRADOTERMINAR MI CARRERA
PROFESIONAL SIENDO PARA MÍ LA MEJOR
HERENCIA.
A MI MADRE:
ELENA MIRANDA AGUIRRE
POR IMPULSARME A LOGRAR MIS ESTUDIOS POR
LOS SACRIFICIOS, CONSEJOS, REGAÑOS Y SOBRE
TODO TU AMOR Y CARIÑO QUE ME GUIARON.
GRACIAS POR EL APOYO, COMPRESIÓN, DEDICACIÓN
Y ESFUERZO QUE ME HAS BRINDADO SIEMPRE Y EL
AMOR DE MADRE Y A LA VEZ DE PADRE QUE
LOGRARON INCAMINARME POR EL BUEN CAMINO.
A TI MADRE TE DEDICO Y COMPARTO NUESTRO
ESFUERZO ESTE LOGRO QUE ES TUYO TAMBIEN.
“TE QUIERO MUCHO MAMA”
A MI TIO
JESUS MIRANDA AGUIRRE
POR TODO EL CUIDADO, AMOR Y
COMPRESIÓN QUE ME HA BRINDADO
A LO LARGO DE MI VIDA.
POR QUERERME COMO SU HIJO, POR
EL APOYO BRINDADO DESDE QUE NACÍ
Y LOS CONSEJOS QUE ME AYUDARON
A SALIR ADELANTE, ESTE LOGRO
TAMBIEN ES SUYO.
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A MI PADRE
PLUTARCO FLORES COBOS Q.P.D. (+)
QUE AUNQUE NO ESTA COMPARTIENDO ESTA
DICHA CONMINGO SE DESDE LO MAS PROFUNDO
DE MI CORAZON QUE ESTA ORGULLOSO DE MÍ.
A MIS TIOS:
RUBEN MIRANDA AGUIRRE
LEONCIO MIRANDA AGUIRRE
EFRAIN MIRANDA AGUIRRE
POR SUS CONSEJOS Y SUS APOYOS BRINDADOS
DURANTE MIS ESTUDIOS.
“QUE DIOS LOS BENDIGA”
JOSÉ JESÚS FLORES MIRANDA
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
5
DEDICATORIAS
DIOS:
POR DARME LA SABIDURÍA, CONFIANZA Y FORTALEZA
PARA SALIR ADELANTE EN TODOS MIS PROYECTOS.
A MIS PADRES:
MANUEL DEKIN RAMON
ROSA MA. DÍAZ DE DEKIN
JAMÁS ME CANSARE DE AGRADECER TODA UNA
VIDA DE SACRIFICIO Y ESFUERZO CONSTANTE
TAMBIÉN QUESEPAN QUE EL OBJETIVO LOGRADO
ES DE USTEDES.
A MIS HERMANOS:
J. MANUEL DEKIN DÍAZ
MARCO A. DEKIN DÍAZ
HANS C. DEKIN DÍAZ
POR QUE SIEMPRE ME HAN APOYADO EN TODO.
A MIS CUÑADAS Y SOBRINOS:
CLAUDIA K. MÉNDEZ GUERRA
SOCORRO SÁNCHEZ VIDAL
KARLA E. ZAMORA SANTES
GEORGETTE DEKIN SANCHEZ
MILDRETH DEKIN SANCHEZ
MANUEL A. DEKIN SANCHEZ
POR LAS MUESTRAS DE CARIÑO QUE SIEMPRE
ME HAN MOSTRADO.
“QUE DIOS LOS BENDIGA, LOS QUIERO MUCHO”
FRITZ DEKIN DÍAZ
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6
DEDICATORIAS
A DIOS:
POR DARME LA VIDA Y POR DARME LA FAMILIA
QUE TENGO Y POR DARME LA OPORTUNIDAD DE
TERMINAR LOS ESTUDIOS.
A MIS PADRES:
SR. WALFRE DEL ANGEL GÓMEZ
A MI MADRE Q.P.D. (+)
POR DARME LA VIDA, SU APOYO Y SU
CONFIANZA PARA LLEGAR HASTA AQUÍ.
DIOS LOS CUIDE.
A MIS HERMANOS:
ALFREDO DEL ANGEL CORTEZ
FERNANDO DEL ANGEL CORTEZ
ROSA DEL ANGEL CORTEZ
ENRIQUE DEL ANGEL CORTEZ
ADALBERTO DEL ANGEL CORTEZ
QUE ME CUIDARON Y ME APOYARON EN LOS MOMENTOS
BUENOS Y MALOS DE MI VIDA.
“DIOS LOS BENDIGA.”
A MI TÍO:
FELIX CORTEZ VILLANUEVA
POR SU MOTIVACIÓN Y APOYO.
“DIOS LO BENDIGA.”
“A TODA MI FAMILIA LES DOY GRACIAS, QUE DIOS LOS BENDIGA SIEMPRE”
WALFRE DEL ANGEL CORTEZ
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
7
INDICE
Introducción
1
Capitulo I
Justificación, tipo y naturaleza del trabajo
Características y funciones esenciales del laboratorio
Capitulo II
1.0
1.1
Consideraciones teóricas
Características eléctricas de los cables de energía.
2
3
4
5
6
2.0
2.1
2.2
2.3
Selección y costo de equipo de prueba
Equipo para prueba de alta tensión.
Equipo para prueba de impulso.
Selección y costo del equipo
41
3.0
3.1
3.2
3.2
3.3
Localización y costo del montaje del equipo de pruebas.
Alimentación eléctrica
Equipo para prueba de impulso
Equipo de seguridad
Costo del montaje del laboratorio
53
54
55
Costos
58
Capitulo III
47
51
56
59
Aportaciones o contribuciones al desarrollo
Bibliografía
Anexos
Apéndice
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
60
61
62
79
8
INTRODUCCIÓN
La creciente demanda de energía eléctrica se incrementa día a día en el país
y como en todas las grandes ciudades que han pasado por un periodo de desarrollo,
el problema se resolverá aumentando los voltajes de alimentación en vías con alta
densidad de carga, en las que la distribución subterránea es la más adecuada. Los
pasos necesarios se han dado en algunos lugares y se han instalado cables de
energía hasta 115 KV fabricados en México, esto solo marca el principio, es decir,
abre puertas a los cables de alta tensión.
El gran progreso que se ha tenido en el campo de los cables de energía en
tensiones de 5 KV hasta 115 KV, primero con los aislantes de papel impregnado de
aceite y posteriormente con los productos derivados del petróleo, como son los
polietilenos, han permitido aumentar los esfuerzos eléctricos en los aislamientos en
valores mucho mayores que en los inicios, lo que da como resultado la fabricación de
los cables con dimensiones razonables para alta tensión.
Sin embargo, este avance en los esfuerzos de trabajo a frecuencias normales,
ha traído consigo el problema de las ondas de impulso y en la práctica este se agrava
particular mente en los cables de longitudes limitadas conectados a las líneas aéreas
directamente, pues en estos casos el fenómeno de la reflexión de ondas es tan
importante que después de unos micro- segundos, el voltaje en el cable puede ser
incluso tan alto como la onda incidente en la línea aérea.
Después de lo antes mencionado, es lógico pensar que para garantizar el buen
funcionamiento de un cable durante su operación, es necesario someterlo a una serie
de pruebas en las que se determinen características tales como la resistencia óhmica
del conductor, la resistencia de aislamiento, los factores de pérdidas, etc. Y en el caso
de los de alta tensión simular los esfuerzos a que trabajaran cuando se presenten las
ondas de impulso. Todo esto implica el montaje de un laboratorio en el que se
disponga del equipo adecuado para efectuar dichas pruebas con la mayor precisión
posible y dado que los voltajes de trabajo son tan elevados, dentro de los límites
máximos de seguridad. Actualmente se están haciendo pruebas para producir en
México cables de energía de 230 KV para uso especifico de CFE.
Es importante determinar el tipo de pruebas que se debe efectuar a los cables
energía y este proyecto esta basado en equipo para pruebas de aislamiento de los
mismos.
El cable que se muestra en la figura y de la cual se dan sus características
muestra el nuevo tipo de aislamiento usados en cables de energía comerciales de 69
y 115 KV.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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Capitulo I
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
2
JUSTIFICACION
La creciente demanda de energía eléctrica en el país y el crecimiento de
modernas industrias han generado el uso de los cables de energía de alta tensión.
Además el descubrimiento de nuevos elementos aislantes, ha sido notable,
permitiendo que el voltaje que soporta el aislamiento sea mayor.
La necesidad de someter a estos cables a diversas pruebas de aislamiento,
para garantizar que no haya fugas de energía y evitar cualquier tipo de problemas
hace necesario contar con un laboratorio de pruebas debidamente equipado para
realizar dichas pruebas.
Este proyecto intenta encontrar el procedimiento más económico y seguro para
efectuar pruebas de aislamiento a cables de alta tensión.
Para que los pequeños fabricantes de cables de energía puedan competir
exitosamente en el mercado ofreciendo un producto de calidad.
Además las empresas que han adquirido con anterioridad cables de energía
cuya garantía ha expirado, necesitan someter nuevamente a una prueba del
aislamiento a estos cables para que puedan ser utilizados con seguridad en
sustitución de otros o en nuevas instalaciones.
Debido a lo anteriormente expuesto se necesita efectuar un estudio
comparativo analizando los diferentes elementos de los equipos para hacer una
selección adecuada.
TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO
Este es un trabajo practico y técnico consiste en investigación del mercado
para obtener el equipo mas rentable (para el desarrollo de las pruebas) y el mas
económico en su instalación.
Esto se pretende que la inversión sea recuperable en corto plazo, para el
beneficio del inversionista.
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3
CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES ESENCIALES DEL LABORATORIO
Este laboratorio tiene un área de 180m 2, en el cual se encuentra distribuido el
equipo donde se realizaran pruebas de aislamiento a los cables eléctricos para alta
tensión.
Este laboratorio realizara dos pruebas fundamentales:
 Pruebas de alta tensión
 Pruebas de impulso
El equipo con el cual contara este laboratorio es el siguiente:










Rectificador
Generador de impulso
Potenciómetro
Separador de esferas
Aisladores de prueba
Tablero de control para impulso
Oscilógrafo
Inductancia
Transformador 1000Kv
Tablero de control alta tensión
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
4
Capitulo II
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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1.0.-CONSIDERACIONES TEORICAS
1.1.-CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LOS CABLES DE ENERGÍA
Características teóricas o constantes primarias que en modo general rigen el
funcionamiento de una línea eléctrica son la resistencia, la capacitancia, la
conductancia o disperdancia, la inductancia y la resistencia de aislamiento, las cuales
se consideran como uniformemente distribuidas a lo largo de la línea, de tal modo,
que cada elemento de longitud posee un valor de cada uno de ellos obtenido del
producto de dicho elemento por los valores de R, L, C Y G, referidos a la unidad de
longitud. La finalidad de este capitulo es analizar en forma breve cada una de las
mencionadas características en los cables de energía, que no son otra cosa que un
caso de línea eléctrica para transmisión de energía en baja o alta tensión haciendo
notar la necesidad de medir todas y cada una de ellas, tanto para control en la
manufactura, como para poder garantizar el buen funcionamiento del cable durante
su servicio.
1.1.1.-RESISTENCIA A LA CORRIENTE DIRECTA
La resistencia a la corriente directa de un conductor eléctrico, formado por un
alambre de cualquier material, está expresada por la fórmula:
R
cd
ρ
L
A
ohms
En donde:
L = longitud del conductor
A = área de la sección transversal del conductor
= resistividad volumétrica del material del conductor en unidades
Compatibles con L y A
El valor de la resistividad por unidad de masa, para el cobre, que ha
normalizado la IACS a 20°C y 100% de conductividad es 0.15328 ohm-gramo
/m2.Para su aplicación práctica, la resistividad se suele dar por volumen.Algunos
valores, en diferentes unidades usadas en los cálculos de ingeniería, son:
1.7241 microhm- cm
0.67879 microhm- pulgada
10.371* ohm- cmil / pie
17.241* ohm-mm2 / Km
Valores para el aluminio grado EC con 61% de conductividad a 20° C según
IACS, son:
2.828 microhm- cm.
1.1128 microhm- pulgada
17.002* ohm-cmil / pie
28.28* ohm- mm2 / Km.
Los valores marcados con un asterisco (*) son los mas comúnmente usados para el
cálculo de resistencias de conductores eléctricos.
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1.1.2.-EFECTO DE CABLEADO
Cuando se trata de conductores cableados, su resistencia es igual a la
resistencia de cada uno de los alambres dividida entre el número de ellos.
Rcd
R
ρ
L
n
n
A
En donde R´ y A´ son la resistencia y el área de la sección transversal de cada
alambre, respectivamente. Sin embargo esta fórmula sería válida sólo si todos los
alambres tuviesen la misma longitud. Como en realidad esto no es exacto, ya que las
longitudes de los alambres de las capas superiores tienen una longitud mayor, el
incremento de la resistencia por efecto de cableado, para fines prácticos, se pueden
suponer:
Rcd
L
(1 kc )
A
En donde:
Kc es el “factor de cableado “y los valores correspondientes para diversos tipos de
cuerdas (véase en los apéndices de la tabla 1.1.1, 1.1.3 y 1.1.3, de las, paginas 77 y
78) se encuentran los valores de la resistencia a la corriente directa de los
conductores usuales.
1.1.3.-EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA RESISTENCIA
Dentro de los límites normales de operación de los conductores eléctricos, los
únicos cambios apreciables en los materiales usados son los incrementos en la
resistencia y en la longitud que sufren, en virtud de cambios en su temperatura. El
más importante (para los cables aislados) es el cambio en el valor de la resistencia,
ya que el incremento en la longitud sólo es importante en el caso de las líneas aéreas
con grandes tramos entre postes.
En cables aislados bastará con usar técnica adecuada de instalación que
permite absorber el cambio en las dimensiones del conductor.
Si efectuáramos mediciones de la resistencia en un conductor, a distintas
temperaturas y situáramos los valores obtenidos en una grafica, obtendríamos la
curva ilustrada en la figura 1
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
7
La resistencia (R2), a una temperatura cualquiera T2, en una función de
resistencia (R1), a una temperatura T1 distinta de cero, estaría dada por:
R2 = [1 + X (T2 – T1)]
Fig.1. Variación de la resistencia de un conductor eléctrico
metálico con la temperatura
En donde x se denomina “coeficiente de corrección por temperatura” y sus
dimensiones son el recíproco de grados centígrados. El valor de la resistividad se
expresa generalmente a una temperatura estándar de 20°C (68°F).
El punto de intersección de la prolongación de la parte rectilínea de la curva
de la figura 1 con el eje T (temperaturas) es un valor constante para cada material; en
esta temperatura, el valor teórico de la resistencia del material es nula.
A continuación se dan valores de T en °C, para los materiales comúnmente
usados en la fabricación de conductores eléctricos.
|T | = 234.5°C para cobre recocido estirado en frió con 100% de conductividad,
según IACS.
| T | = 241°C Para cobre semiduro estirado en frío con 97.3% de conductividad,
según IACS
| T | = 228°C. Para aluminio estirado en frío con 61% de conductividad,
según IACS
De la figura 1 se deduce que:
R
2
R
1
T
T
2
T T
1
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
8
Expresión útil para cálculos prácticos de ingeniería (véase en el apéndice de la
tabla 1.1.4) de la pagina 78. Asimismo es fácil demostrar que si:
1
0.00427 , a 0ºC
234.5
Entonces:
1
, a x ºC
284.5 C
Los factores de corrección para cobre de 100% de conductividad IACS
se Obtuvieron de la siguiente formula:
R1
R2
234.5 20
284.5 T
254.5
234.5 T
Los factores de corrección para el aluminio de 61% de conductividad IACS se
obtuvieron de la siguiente formula:
R1
R2
228 25
228 T
253
228 T
En donde:
R1= resistencia a 200c
R2= resistencia medida a la temperatura de prueba
T = temperatura prueba
1.1.4.-RESISTENCIA A LA CORRIENTE ALTERNA
La resistencia de un conductor eléctrico por el que circula corriente alterna es
mayor que la resistencia que presenta el mismo conductor a la corriente directa. Este
incremento es ocasionando por dos efectos.
-
El efecto superficial
El efecto de proximidad
Por lo que la resistencia a la corriente alterna se calcula de acuerdo con la
siguiente expresión:
Rca = R cd (1 + YS + YP)
Donde:
Rca = resistencia a la corriente alterna
Rcd = resistencia a la corriente directa
YS = factor debido al efecto de piel
Yp = factor debido al efecto de proximidad
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Si se hace circular una corriente alterna por un conductor, las pérdidas de
energía por resistencia resultan algo mayores que la pérdida que se produce cuando
circula una corriente directa de magnitud igual al valor eficaz de la corriente alterna.
Para explicar este fenómeno podemos imaginar el conductor compuesto por
una serie de filamentos paralelos al eje del mismo, todos ellos de la misma sección y
de la misma longitud y consecuentemente de la misma resistencia.
Al circular corriente directa por el conductor, tendremos que la diferencia de
potencial aplicada a cada filamento es la misma y, ya que la resistencia de todos los
filamentos es igual, la corriente en cada filamento será igual a los demás y se tendrá
una densidad de corriente uniforme en toda la sección del conductor.
Cuando circula una corriente alterna, el flujo magnético que producirá esta
corriente cortará los filamentos de que hemos considerado compuesto el conductor.
Los filamentos de la parte central del conductor se eslabonan con más líneas de
fuerza de otros filamentos que los que se eslabonan con los filamentos externos del
conductor: por lo tanto, la fuerza contraelectromotriz inducida en los filamentos
centrales será mayor que la inducida en los filamentos superficiales.
Como la diferencia de potencial entre los extremos de todos los filamentos
tiene que ser igual, ya que están conectados en paralelo, tendrán que verificarse que
las caídas de potencial sean iguales y, por lo tanto, las corrientes en los filamentos
centrales en los que la fuerza contraelectromotriz inducida es mayor tendrán que ser
menores que las corrientes en los filamentos superficiales, o sea que la densidad de
corriente es mayor en la superficie del conductor que en el centro.
A este fenómeno también se le conoce como “efecto pelicular “o “efecto
kelvin”.
El factor Ys del efecto de piel se calcula por medio de:
4
XS
YS
4
192 0.8XS
X2
s
4K c
8 f
10
R`
Donde:
F= frecuencia del sistema, Hz
R´= resistencia del conductor a la c.d corregida a la temperatura de
operación, ohm/Km.
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Aquí se muestran algunos valores de ks
Factores Ks y kp
Ks
Kp
Conductor redondo compacto
Conductor redondo
Conductor redondo segmental
1.0
1.0
0.435
1.0
1.0
0.37
1.1.4.1.-EFECTO DE PROXIMIDAD
Cuando un conductor por el que fluye una corriente eléctrica de variación
alterna se encuentran cercano a otro que transporta un flujo de iguales características
pero de sentido contrario, crea una resta vectorial de densidad de flujo, originando
una reducción en la inductancia en las caras próximas y un aumento en las
diametralmente opuestas, dando por resultado una distribución no uniforme de la
densidad de corriente y un aumento aparente de la resistencia efectiva, la cual se
calcula efectuando la resistencia original por un factor ( yp ). Esto es valido para
cables paralelos que alimentan cargas monofásicas y trifásicas. La formula siguiente
da el valor de Yp.
YP
1.18
4
2
4
xp
dc
d
X
0.312 c
0.27
4 s
4
s
192 0.8Xp
192 0.8xp
Con: xp2
8 f
R'
10
4
Kp
Donde:
Dc= diámetro del conductor (cm.)
S = distancia entre ejes de los conductores (cm.)
En el caso de cables tripolares con conductor segmental, el valor de Yp
obtenido se deberá multiplicar por 2/3, para obtener el factor de proximidad. También
se deberá sustituir en la formula original:
Dc = dx, es el espesor de un conductor redondo de la misma área que el conductor
Sectorial S = dx + t
Donde t es el espesor del aislamiento.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
11
1.1.5.- CAPACITANCIA
Un cable de energía con aislamiento de papel impregnado y cubierta de
metálica es, de hecho, un condensador electrostático, por que hay dos electrodos, el
cobre y la cubierta metálica, y entre ellos un dieléctrico, el papel impregnado. En esta
forma si aplicamos una diferencia de potencial entre los electrodos se tendrá
transmisión de carga a través del papel impregnado. Si consideramos el cable como
un condensador c- (Farad) al que le aplicamos una diferencia de potencial continua E
(volt), el condensador absorberá Una energía:
1
W
2
QE
1
2
2
CE (Joule).
Ahora si la tensión en lugar de ser continua es alterna con una frecuencia f
(hertz), el cambio alternativo de la de antes mencionada cantidad de carga eléctrica
da lugar a una corriente de carga Ic =2πfCE (amp), atrasada 90° con respecto a la
tensión, y el condensador toma una potencia reactiva Wc= I cE = 2πfCE (vars).
La capacidad de los cables de energía se calcula como sigue:
a) CABLES MONOFÁSICOS
D = densidad de cargas =
q
2
1
Si consideramos:
q = constante
pb
1= 1 Km.
dx
Y como ya tenemos que:
E
dv
D
dx
Ea
x
r
R
Y la constante dieléctrica vale
K
Ea
Eo
y Eo
1
9
36 10
(Constante dieléctrico del vació)
Fig.2 Cable monofásico
Ea = kEo
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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Sustituyendo obtenemos:
E
9
q(36 10 )
dv
dx
2k
9
V
V
18 10 q
9
18 10 q
k
1n
k
9
9
q
x
R dx
r x
2k
Como C
C
18 10
R
r
entonces
v
K
9 R
18 10 1n
r
A la relación 1n
0.0556 10
R
1n
r
3
k
R
se le ha llamado factor geométrico y se representa por la letra G
r
por Lo que finalmente nos queda:
C
0.0556k
G
Cables bifásicos con
cinturón
µf /km -- (1)
Y la reactancia capacitiva
X
c
X
c
1
2 fc
2.86G1
fk
G1
2 f (0.0556k )
MΩ /km -- (2)
Donde: G1 = 1n
C
0.0556(2k)
G2
Fig.3
R
r
r a
µF /Km -- (3)
R
Cables trifásicos con cinturón
Donde:
G2 21n
C
2 2
2a(R a )
2 2
r(R a )
0.0556(3k )
G
3
µF /Km--(4)
r a
R
Fig.4
Donde
G
3
C
n
3
2
In
2 2
3a (R
2 6
r (R
0.0556nk
Gn
2 3
a )
6
a )
Y en general
µF/Km -- (5)
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
13
Prácticamente el caso de los cables trifásicos con cinturón se puede emplear la
fórmula (1) para calcular en forma aproximada la capacitancia entre conductor y los
otros dos conectados a tierra, usando un valor de R como sigue:
R = La suma del diámetro de un conductor mas el espesor de aislamiento entre
un conductor y el forro metálico y todo dividido entre dos.
Los valores de la constante dieléctrica y por consecuencia de la capacidad son
ligeramente mas bajos en tensión alterna que en continua y además son
prácticamente independiente de la temperatura y de la presión, así como también de
frecuencia y la tensión.
Diferentes capacidades que consideran en un cable:
a) C = Capacidad simple.- Es la capacidad de un conductor contra otros
conectados a tierra y se le conoce también como capacidad ordinaria por que
es aquella que mide ordinariamente con fines de control.
b) Cn = Capacidad de los conductores en paralelo contra tierra.
(Subíndice N indica el numero de conductores del cable)
También este caso el cable se reduce a un simple condensador de 2 placas.
Esta capacidad se mide también con fines de control y sirve bastante para el cálculo
de la resistividad térmica.
c) cm. = Capacidad mutua.- Es la capacidad entre dos conductores conectando el
restante a tierra y la diferencia de potencial entre los dos conductores
considerados. Cuando se trata de una línea compuesta de dos o más cables
unipolares la capacidad mutua es la mitad de C1 por que en realidad que dan
en serie.
d) Ce =Capacidad de ejercicio o servicio.- Para el cálculo eléctrico de la línea es
necesario conocer esta capacidad y dado que no pueden medirse
directamente con métodos ordinarios debe deducirse como sigue: En primer
lugar se considera el caso de una línea sometida a un sistema simétrico de
tensión y se supone que la línea se sustituye por una estrella de capacidades y
cada brazo forma una capacidad Ce que emplea un conductor a tierra
sometido a la tensión entre fase y neutro del sistema simétrico.
Con esto podemos definir la capacidad del ejercicio de un cable trifásico
sometido a una tensión V = E 3 de la siguiente forma: Ce es aquella capacidad
ficticia que (basándose en la fórmula Ic = 2πfcE, donde E es la tensión entre fase y
neutro y C = Ce) da lugar a una corriente de carga I c igual a aquella absorbida
realmente por cada una de las fases de la línea en servicio.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
14
Tanto en tensión monofásica o continua (donde E
v
2
) como tensión trifásica (E
v
3
), la
Capacidad de ejercicios Ce = C1, si esta formada por 2 ó 3 cables monofásicos
iguales.
En los cables trifásicos con cinturón la relación entre las diferentes
capacidades, es:
Ce= Capacitancia de la estrella equivalente o capacitancia al neutro = 1.2C
C2= cm. = Capacidad conductor a conductor = 0.6C
C3= Cn= Capacidad de todos los conductores a tierra = 1.8C donde c es la
capacidad obtenida mediante las formulas anteriores.
1.1.5.1.- IMPORTANCIA PRÁCTICA DE LA CAPACIDAD
La importancia de la capacidad es muy variada dependiendo de la tensión de
trabajo de los cables de energía.
Para los cables a bajas tensiones, la capacidad de ejercicio Ce, no es
prácticamente de importancia alguna y basta determinar la capacidad simple C1, con
el único fin de controlar uniformidad de la construcción.
Sin embargo es de gran importancia el Ce en cables para altas y altísimas
tensiones, dada la potencia reactiva que se obtiene. Las perdidas de energía en el
dieléctrico son proporcionales a la capacidad Ce y al cuadrado de la tensión, esto nos
permite deducir que la corriente de carga Ic y la potencia reactiva Wc tiene las
siguientes magnitudes (cálculos con las formulas ya expuestas) asumiendo para Ce
los valores medidos entre aquellos espesores que más comúnmente se tienen en la
práctica para las diferentes tensiones y suponiendo que se trata de una línea trifásica
a la frecuencia de 60 Hertz.
Tensión de ejercicio
kv 0.22, 2.2, 22, 66,230
Entre fases en sistema trifásico V =3E
-
Capacidad de ejercicio (por fase)
Ce μ f/Km. 1.0, 0.3, 0.2, 0.2
-
Corriente por carga (por fase)
Ic A /Km 0.04, 0.4, 1.2, 2.4, 12
-
Potencia reactiva (p/ las 3 fases)
Wc KVAR/Km 0.0152, 1.52,
45.6, 274,4560.
Como se puede notarse se requieren cerca de 300 Km., de cable de 220 volts
para producir la corriente capacitiva de un solo Km. de cable a 230 KV y para la
misma longitud resulta la potencia reactiva de este último 1000 veces mayor que la de
aquel.
También con esta tabla nos podemos dar una idea de la potencia que debe
haber en los transformadores de prueba.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
15
1.1.6.- PRODUCTO ΩF
La resistencia de aislamiento es el producto de una magnitud específica (la
resistividad ρa ) por un coeficiente geométrico que se demuestra es el inverso de la
capacidad como sigue:
Ra
a 1n R M ohms
2
r
k
C
9 R
18 10 In
r
µF/Km
Si multiplicamos Ra
k
a 1n R
2
r 18 109
Rac
Rac
Km
C obtenemos
1n
R
r
(MΩ Km
µf / Km =Ωf)
k
a
9
36 10
1
Como = Eo
36
9
10
8.8588 10
12
farad/m
Entonces:
Ra C =
a
K Eo en ohm Fº _ (6)
Donde:
a = resistividad del aislamiento expresado en ohm – m y generalmente del orden
1012 a 1015
K = constante dieléctrica de aislamiento y para papel impregnado varía entre 3.2 y 4
pero se toma generalmente3.7.
Eo = constante dieléctrica del vació y vale 8.8588
1012 farad / m
Por eso el producto de la resistencia de aislamiento por la capacidad C del
cable, medida al mismo voltaje entre los mismos conductores es independiente de las
dimensiones y se llama generalmente “Ωf “y esta medido en ohms –farad.
La resistividad del dieléctrico y por consecuencia la resistencia del aislamiento
Ra y el coeficiente ΩF decrecen fuertemente con el aumento de la temperatura, por lo
cual debe siempre referirse a una temperatura, determinada que es generalmente
15ºC
Los valores de a ; Ra y ΩF a una temperatura dada, pueden variar entre los
limites bastantes amplio, dependiendo de la calidad del dieléctrico.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
16
Lo que interese en la práctica es que la resistencia de aislamiento no de
valores menores a los especificados como mínimos.
Los valores mínimos son calculados en base a un coeficiente Ωf igual a 100
para los cables de energía con aislamiento de papel impregnado y precisamente con
la fórmula Ra = ΩF/ C1 (MΩ-Km.) se calcula estos valores mínimos.
Los mínimos varían entre 100 y 500 M ohm – Km. pero en general en la
práctica se obtienen valores muchos mayores.
1.1.7.- CONDUCTANCIA O DISPERDANCIA
Es claro que la conductancia (o mejor dicho la conductancia de dispersión o
dispertancia) es tal magnitud que nos permite evaluar los fenómenos basados en el
hecho que de la resistencia de aislamiento de los materiales no es infinita por que
cuando se les aplica una tensión permiten el paso de una cierta corriente de
dispersión que da lugar a un consumo de energía. Esto es si un condensador de
conductancia G (ohms ó siemens / Km.) de un determinado valor, es decir, de una
resistencia de aislamiento
1
Ra
(ohms) se les aplica una tensión E (volt), deja pasar
G
a través del dieléctrico, una corriente de dispersión Id EG
E
(amp) con la que
RA
tiene una perdida en el dieléctrico.
W
d
EI
d
E
2
E G
2
Ra
Watts
Si la tensión E es alterna, la corriente de dispersión I d se compone
vectorialmente con la corriente de carga Ic = 2π fcE (amp) y da como resultante una
corriente de carga Ic desfasada con respecto a la tensión un ángulo mayor menor de
90° de tal modo que podemos escribir wd = EIc cosφ (watts). El cosφ (que es la
relación entre los watts disipados y los volt-amperes totales) se llama factor de
potencia. En la práctica en lugar de la formula precedente es más cómodo escribir:
WD = EIc cotφ = 2πf CE2 cot φ (watts).
Donde C es la capacidad medida:
Ic I
d
I cos ' I cot
c
c
I´
Fig.5
c
δ
φ
φ´
E
En a figura 5 consideramos que φ es igual φ (prácticamente esto se toma
como correcto porque los ángulos son muy próximos a 90º) y entonces la corriente I d
estará en fase con E y cos φ’ = cot φ.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
17
Por lo tanto la cot φ es la considerada como el verdadero factor de potencia del
dieléctrico y puede ser la medida directamente con los métodos ordinarios, cosa que
no es posible con el cos φ'. En la práctica, para los cables destinados a transmitir
energía es más común es mas común hablar en lugar de disperdancia G
(microhms/Km. o microsiemens/Km.) en el caso de corriente directa y perdida en el
dieléctrico W d (watts /Km.) en caso de corriente alterna. Para obtenerlos basta
recordar que:
G
1
Ra
wd
2
E
Donde E es la tensión al neutro en kv.
1.1.8.- INDUCTANCIA
Cualquier circuito que transporta corriente alterna tiene asociado un campo
magnético con el cual se da al circuito de la propiedad e auto- inducción.
Las formulas prácticas usadas para el cálculo de la inductancia del conductor
son:
A
A
Lc = 0.46 Log
2A
+ 0.05 mH/Km.
dc
Donde:
1
2
3
d
dC = diámetro del conductor
A = distancia media geométrica a los
otros conductores
Fig.6 Cables unipolares
Para el caso del común en la práctica, de 3 cables unipolares usados en
sistema trifásico, dispuestos en un mismo plano horizontal se tiene:
Para los conductores 1 y 3
Lc = 0.46 log
2 2A
d
C
+ 0.05 mH/Km
Para el conductor 2,
Lc = 0.46 Log
2A
d
C
+ 0.05 mH/Km.
Media de los tres:
Lc = 0.46 Log 2
1.26 A + 0.05 mH/Km.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
18
1.1.9.-RESISTENSIA DE AISLAMIENTO
Para medir la resistencia de aislamiento del dieléctrico de los cables de
energía se debe tener en cuenta que su valor aumenta con el tiempo de aplicación
de la tensión hasta alcanzar un valor constante, que se obtiene después de algunos
segundos por lo que siempre se habla de resistencia de aislamiento (Ra) medida
después de un minuto (quizás 2) de aplicación de la tensión.
El incremento de Ra se debe a que la corriente de dispersión circulante
(analizada más adelante) está compuesta por una corriente de absorbimiento
momentáneo que se anula después de pocos segundos, ya que el cable al cargarse
electrostàticamente y debido precisamente esta carga o desplazamiento de
electricidad produce una fuerza contra electromotriz (f.c.e.m.) igual y de sentido
contrario a la Fem. Aplicada, y por la verdadera corriente de conducción que es la que
corresponde a la Ra después de un minuto.
Es también muy importante saber que la Ra varía en forma inversa a la
longitud de los cables y esto se de muestra a continuación: por ejemplo en la fig. 7
esta representada la sección transversal de un cable cilíndrico, en la cual r es el radio
del conductor, R es el radio de la superficie exterior de la cubierta aislante, a la
resistividad del material aislante, y L la longitud del cable. La resistencia efectiva de
las corrientes parasitas se obtiene fácilmente por integración. El estudio de una capa
anular d radio x que tenga un espesor infinitesimal dx permite plantear la solución. (El
contacto eléctrico con la cubierta exterior se obtiene por medio de un tubo de plomo o
por inmersión del cable en agua).
La longitud de este anillo en al dirección de la corriente es dx, y la sección
transversal normal a la corriente es 2 xl. Por lo tanto la resistencia del anillo será:
DR
dx
a
2
1
Y la resistencia total será:
Ra
Ra
Ra
Ra
x
a R dx
r
2 1
x
r
Pa
R
R
(1nx)r
2ππ
Pa
ln
dx
R
2 1 r
Pa R
1n
2
r
Km
Fig.7 Sección transversal de un cable cilíndrico
El Ra varía en forma inversa la longitud del cable por que la corriente a través
de dieléctrico es perpendicular al eje del cable.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
19
Cuando se quiere determinar el Ra por Km. de un cable cuya longitud es
diferente a esta tenemos:
a
R2
R1
R2
ln
R
2 L2 r
a
R
ln
2 L1 r
L1
R1
L2
Donde:
R1= resistencia de aislamiento para L=L1
L1= longitud real del cable
R2= Resistencia de aislamiento para L = L2
L2= longitud a la que se desea obtener R2
Ahora si L2 = 1 km entonces:
R2 = R1 • L1
La importancia practica de la resistencia de aislamiento es principalmente, en
el caso de los cables d energía con aislamiento de papel impregnado, determinar el
grado de secado alcanzado por el cable en su proceso pues cuando el cable tiene
residuos de humedad disminuye grandemente su Ra con lo que la conductancia
G
1
aumenta, teniéndose en esta forma mayores perdidas de energía. En el caso
Ra
de los cables con aislamiento plástico la Ra nos determina algunas irregularidades
tales como bajos puntos de aislamiento o perforaciones que pueden ocurrir en su
frabicaciòn, en general podemos decir que la Ra sirve para llevar un control mas
uniforme, de los cables de energía desde el punto de vista de su fabricación y es por
eso que en la practica se mide la Ra simple, esto es, aquella medida entre un
conductor y todos los demás conectados a tierra pues el Ra de los diferentes
conductores de un cable simétrico deben ser mas o menos iguales ya que han tenido
procesos similares de secado e impregnado.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
20
1.1.10.- PERDIDAS EN EL DIELECTRICO, EN LOS CONDUCTORES Y EN
LOS FORROS METALICOS.
Las perdidas de energía en el dieléctrico son despreciables en el caso de C.D
a bajas tensiones, mientras que es de gran importancia en el caso de los cables de
corriente alterna en altas y altísimas tensiones, tanto del punto de vista económico
como de seguridad.
Como se vio anteriormente, la potencia disipada en el dieléctrico Wd (watts /
Km. de línea y por fase) es proporcional a la pulsación 2πf, a la capacidad de
ejercicio Ce, al cuadrado de la tensión entre fase y neutro E y el factor de potencia del
dieléctrico cotφ según la formula:
Wd = 2πF Ce cotφ (watts/ Km.)
Como Wc = 2πfce E2 es la potencia reactiva (vars / Km.) se puede decir que las
pérdidas en el dieléctrico son un porcentaje de la potencia reactiva, representado por
el factor de potencia cotφ; esto es:
Wd = Wc. cot φ
El factor de potencia, al igual que ΩF es un coeficiente que de pende de la
calidad y de las condiciones del dieléctrico, pero no de las dimensiones del cable,
pues en la siguiente demostración notamos esto más claramente:
Wd= 2πfcE2cot
Wd
E
2
2
E G
Ra
Igualando:
2πfcE2 cotφ
Cotφ
E
2
Ra
2
E G
1
G
2 RaC
2 fc
También las normas especifican los valores máximos del factor de potencia del
aislamiento del cable y del aceite con el que fue impregnado, siendo estas 0.0015
nuevo y 0.0030 envejecido. Otras de las pérdidas de energía que se tienen en un
cable son las siguientes:
A) perdidas en los conductores que son :
1 Pérdidas por la corriente supuesta uniformemente distribuida en la sección de
los conductores.
2 Las pérdidas por corriente distribuida en forma no uniforme (efecto de
proximidad, efecto superficial, etc.)
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
21
B) Perdidas en las cintas metálicas involucradas, por ejemplo:
1 Pérdidas en el tubo de plomo
2 Pérdidas en la armadura de acero u otro metal.
3 Pérdidas en cualquier otro conductor involucrado en el cable.
Se muestra que todas estas perdidas son (o por lo menos nos permiten
conocer en forma bastante aproximada) proporcionales al cuadrado de la corriente I
(amp) que pasa en los conductores, según la formula W= RI2 (watts /Km.) y se puede
comúnmente hablar de una resistencia equivalente o aparente R (ohm / Km.) que
permite calcular todas las perdidas.
Conviene considerar la R como suma de los términos R = Ro + ΔR; donde Ro
es la resistencia correspondiente a las perdidas de A-1 y ΔR es “ un aumento
aparente de la resistencia de conductor” que toma en cuenta todas las otras perdidas
y que pueden considerarse a su vez como la suma de los siguientes términos :
ΔR= ΔRc + ΔRpb +ΔRf + mas cualquier otra, correspondiente a las perdidas
A-2, B-1, B-2, B-3, etc., respectivamente.
Si el cable de funciona con corriente continua, todas las perdidas son nulas,
excepto la A-1, esto es, debido a Ro. Por que Ro, como ya vimos es la resistencia a
corriente continua del conductor que se mide con fines de control.
1.1.11.- REACTANCIA INDUCTIVA
La reactancia esta dada por:
XL = WL
10-3
XL = 0.314 L ohm/km a 60 hertz
Y finalmente la impedancia del circuito que da:
Z = R2
X
l
Xc
2
ohm/Km. a 20°C y 60 hertz.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
22
1.1.12. PRUEBA DE ALTO VOLTAJE
El circuito elemental para esta prueba en los cables de energía es aquel que
en el cual el equipo consiste de un transformador, una fuente de alimentación y un
regulador de voltaje (si la alimentación es permanente).
La figura 8 muestra el diagrama elemental de este circuito. Este diagrama
puede ser todavía simplificado transfiriendo todas las impedancias de un lado del
transformador multiplicando por la relación de vueltas al cuadrado. Esto se muestra
en la figura 9 en donde:
(R1 + WL1) Representa la impedancia de la fuente, del regulador de voltaje (si tiene)
y del primario del transformador.
WL
Representa la impedancia en derivación del transformador, la cual es
generalmente grande comparada con L1 + L2 y puede ser despreciada.
(r2 + WL2) Representa la impedancia del secundario del transformador.
1
WC
Representa la impedancia del cable bajo prueba.
C
Transf.
Reg
.
Fig.8 Diagrama simplificado del circuito lineal o paralelo.
r1
L1
r2
L
L2
C
Fig.9 Diagrama equivalente del circuito lineal o paralelo.
Existe otro tipo de circuito para efectuar la prueba y es el circuito
resonante serie.
A continuación se describen las siguientes características de cada circuito y
finalmente los daños sufridos por el cable bajo prueba.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
23
1.1.13. CIRCUITO RESONANTE PARALELO
En muchos equipos se introduce un reactor variable, en el cual es conectado
en el primario del transformador. Dependiente de su diseño este puede neutralizar en
parte o completamente la corriente de carga capacitiva.
Esto reduce la demanda en la alimentación, mejora el factor de la potencia y
previene la tendencia de auto-excitación del alternador si este es usado como puente
de alimentación de voltaje variable.
1.1.14. CIRCUITO RESONANTE EN SERIE
Si el reactor, infinitamente variable sobre un rango, se conecta en serie con la
carga capacitiva, las condiciones son muy diferentes. Las figuras 10, 11, y 12
muestran el método de conexión y el diagrama simplificado.
Fig.10. Diagrama simplificado
del circuito resonante serie
para una unidad transformador
reactor.
C
Reactor Tr. principal
Reg.
C
T/R N° 2
Reg
T/R N° 1
Fig.11. Diagrama simplificador del circuito resonante serie para
2 o mas unidades en serie.
r1 + r2
L1 + L2
rr
Lr
C
Fig.12. Diagrama equivalente del circuito resonante serie Fig.12
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
24
Si la reactancia del reactor (Lr) es nuevamente ajustada de tal modo que:
w
(Lr
L L )
1 2
1
wc
El circuito estará en resonancia serie a la frecuencia fundamental.
Puede demostrarse que la distorsión de voltaje a través del cable es
proporcional a la impedancia del reactor y por lo tanto incrementa con forme a la
carga decrece. Para obtener una forma adecuada de onda, debe establecerse un
bajo límite de capacidad.
Este punto se fija también por el rango del reactor puesto que una reactancia
infinita sería requerida para sintonizar con una capacidad de carga cero.
En la mayoría de los casos el bajo límite no es deprimente, puesto que la
impedancia de las longitudes más cortas de cable más las dos terminales selladas es
igual o más grande que ese límite.
Para probar cables que tengan más baja capacidad que el bajo límite, se debe
conectar una carga simulada a través del cable.
1.1.14.- VENTAJAS DEL CIRCUITO RESONANTE SERIE
1 Forma de onda de voltaje
Ha sido demostrado que el circuito resonante serie puede ser usado para
probar cables pues mejora consideradamente la forma de onda.
Las distorsiones debidas a formas de ondas de alimentación “pobres” pueden
ser despreciadas. Esto facilita mediciones exactas de voltaje en el lado de alta
tensión. Lo que es muy adecuado con mediciones en el puente Schering.
2 Daños al cable bajo prueba.
Si el cable bajo prueba falla mientras se esta usando el circuito lineal o
resonante paralelo, el corto circuito se desarrolla a través de la falla y el daño
resultante puede desaparecer la causa de falla.
En el circuito resonante serie, la capacidad de la fallas de corto circuito alteran
la resonancia y liberan el reactor del circuito impedante; entonces, la corriente cae a
una fracción de su valor de carga en el lugar de incrementarse en varios pasos y el
daño resultante se reduce bastante, habiendo en esta forma mas probabilidades de
revelar la causa de la falla. Las causas por las cuales se han presentado las fallas al
emplear este circuito han sido descritas como perfectas.
Un punto que también ayuda a este circuito es que ciertos casos se han
causado serios daños tanto al equipo convencional como al personal que lo maneja
debido a que al presentarse la falla han explorado los sellos del cable.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
25
3 Unidades múltiples en serie y paralelo.
El circuito resonante serie es ideal para unidades múltiples conectadas en serie
o Paralelo.
 Serie
Con el circuito lineal o resonante paralelo si se usan los dos o mas
Transformadores en cascada, los voltajes a través de cada transformador no son
iguales, particular alto voltaje y grandes corrientes cuando la caída por impedancia es
grande.
En el circuito resonante serie con dos o más unidades en serie, el voltaje es
dividido igual en el transformador, puesto que la división de voltaje es puramente
dependiente de la reactancia de la unidad transformador / reactor la cual es idéntica
para cada unidad.
 Paralelo
En el circuito lineal o resonante paralelo, para obtener porción de carga, los
transformadores deben tener la misma impedancia.
En el circuito resonante serie, la porción de carga está predominantemente
determinada por el reactor y las diferencias en las reactancias del transformador
tendrán efectos pequeños sobre la porción de carga. De este modo, como pasa en
muchos casos, si se requiere aumentar la capacidad del equipo de prueba
posteriormente, no es absolutamente necesario comprar un transformador
exactamente igual y además, pueden obtenerse las ventajas del desarrollo de la
técnica en la nueva unidad.
4 Facilidad para cambiar las unidades conectadas en paralelo a unidades en
serie o viceversa.
Usando el circuito resonante serie las únicas conexiones para ser cambiadas
son las de alta tensión.
En los otros circuitos, en la baja tensión, es necesario mover las puntas
emplomadas y llevarlas bien desde las unidades o aisladores y deben hacerse las
conexiones en cascada con buses. Si se hacen cambios frecuentes, un tiempo
considerable y esfuerzo se ahorran usando el circuito resonante serie.
5 Demanda de alimentación.
También debe notarse que el circuito resonante paralelo en que la demanda de
alimentación es suficiente solo para alimentar las pérdidas del sistema, las cuales es
del orden del 10% de Kva. Totales.
En el caso del circuito resonante serie es la máxima en demanda de la fuente,
a diferencia de los otros circuitos en donde la demanda es muy grande en el instante
de la falla.
Por todo lo antes expuesto, desde el punto de vista técnico es mas
recomendable usar el circuito resonante serie.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
26
1.1.15. PRUEBA DE IMPULSO
Generalidades.- En el diseño de los cables de altísima tensión, las ondas
debidas a impulsos desempeñan un papel sumamente importante y de hecho están
llegando a ser el factor crítico. Para notar su importancia podemos hacer mención a
los cables con presión interna (CPI.) en los cuales se emplean esfuerzos máximos de
100 kv/cm., siendo factible aumentarlos hasta 125 kv/cm., sin alterar las condiciones
del cable durante el servicio y además obteniéndose una disminución en su costo; sin
embargo, la influencia del factor debido a las ondas de impulso nos previene en
contra de ese incremento. Por ejemplo en un C.P.I. de 132 kv, el voltaje de impulso
especificado que debe soportar es del orden 640 kv, empleando un esfuerzo máximo
de 100 kv /cm., con el cual se obtiene una intensidad máxima de onda (peak voltaje)
de 760 kv. Que llena completamente los requisitos de la especificación; pero sí
incrementamos el esfuerzo a 125 kv/cm., la intensidad máxima se reduce a 608/k.o.
que no llena las especificaciones requeridas.
En el desarrollo de este punto se analizaran algunos de los casos más
comunes de impulso que se tienen en la practica, ilustrándose con los circuitos que
son empleados en laboratorio para simular estas ondas en el cable bajo aprueba y
finalmente se describirá la prueba de impulso y las especificaciones que debe llenar.
1 Desarrollo.- Existen dos condiciones principales por las cuales se tienen
incrementos en el valor de las ondas y estas son:
a. Las maniobras de conexión de los cables.
b. El momento que se tiene descargas atmosféricas.
Aunque en este ultimo caso las ondas son producidas en la línea principal,
afectan al cable cuando este es conectado a la línea, como se vera mas adelante.
2 ONDAS DURANTE LA CONEXIÓN DE LOS CABLES
Cuando se conecta una línea que está fuera de servicio se presenta uno de los
casos más comunes de ondas asociado con la caída de tensión de la línea.
Para este caso, la prueba se efectuara desconectando la Terminal del cable y
dejando la alimentación conectada en otra punta, entonces la única corriente
circulante es la requerida por la carga capacitiva del cable.
Z
L
C
En la siguiente figura 13 se representa un cable con una impedancia de onda
conectada a una fuente generadora de voltaje alterno a través de un interruptor
S.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
27
A continuación analizaremos la acción del circuito remanente cuando se abre
el interruptor. Como la corriente es puramente capacitiva pasara por su valor cero
cuando se tenga el valor máximo de voltaje. Esto se muestra en las figuras 14 y 15 y
para simplificar los diagramas vamos a considerar que el interruptor está abierto en el
instante que le llamaremos T0. Si el interruptor se abre en otro momento cualquiera,
cuando la corriente no tiene su valor cero, se formara un arco que se extinguirá
precisamente cuando la corriente valga cero.
Fig.13. Diagrama
elemental.
Fig.14.Voltaje
generado.
Fig.15.Corriente
obtenida
Fig.16.Voltaje en el
cable
Fig.17. Voltaje en el
instante
Fig.18. Voltaje -3E por
reflexión
Formas de ondas obtenidas en el cable bajo prueba
Cuando el interruptor se abre, la corriente que fluye deja hacerlo y el cable
queda cargado con su máximo valor + E, como se muestra en la figura 16
Mientras tanto, la fuente de voltaje “e” sigue alimentando y medio ciclo después
cuando baja hasta –E, como se muestra en la figura 17. Los contactos del interruptor
están aún abiertos y este voltaje (2E) es suficiente para provocar un arco, como en t =
t1, estableciendo una corriente i1= 2E/Z. En el mismo momento el voltaje del cable
regresa desde + E hasta – E debido a la ampliación del voltaje – 2E en el interruptor;
esto se muestra en la figura 18. Hasta el final de la línea, que esta en el circuito
abierto, el voltaje en el interruptor –2E se refleja como una onda del voltaje doble, es
decir, de un valor -4E, lo cual combinada con la original que vale +4E abandona el
cable con un valor de –3E. Esto se muestra en las figuras 17 y 18.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
28
Mientras tanto, el voltaje de la fuente “e” cambia de sentido nuevamente de tal
manera que cuando t=t3 (el cual sucede medio ciclo después) atraviesa por el
interruptor alcanzado el valor 4E. Si este instante se produce nuevamente un arco
causando, una corriente, i2=4E/z, el voltaje del cable –3E cambiara de sentido
alcanzando un valor de +5E debido a la reflexión del voltaje 4E como 8E.
Teóricamente los voltajes en el cable continuarán incrementándose en los
siguientes pasos +E, -3E,+5E,-7E, etc. En la práctica la separación del interruptor
(gap) es suficiente para prevenir arqueos posteriores y de la magnitud adecuada para
soportar los voltajes 3E y 5E que son bastantes comunes.
3 ONDAS EN LOS CABLES CONECTADOS A LAS LINEAS AEREAS
Un cable cuya finalidad es la unión entre una línea aérea y una subestación
por ejemplo, estará sujeto a esfuerzos provocados por las ondas transitorias en las
líneas debidas a descargas atmosféricas.
En la figura 19 se muestra, en forma esquemática, un cable conectado a una
línea aérea. En otro extremo debería estar conectado al transformador en la
subestación, pero dado que el valor de la impedancia de onda del transformador es
muy grande comparada con la línea o la del cable, podemos suponer el cable
desconectado en este extremo.
Z2
Z1
et1
0
β1 et1
α1 et1
α1 α2 et1
T
tiemp
oT/2
α1
et1
α1 β2 et1
3T/2
α1 β2 et1
α1 α2
β2et1
2T
α1 β22 et1
5T/2
Fig.19. Reflexión de ondas
en el cable
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
29
L
Tomando Z1 = impedancia de onda de la línea = 1
C1
L
Y Z2 = impedancia de onda del cable = 2
C2
Los valores de Z1 y Z2 son generalmente de orden de 450 a 500 ohms,
respectivamente.
Consideremos que la onda de voltaje t1 viaje a lo largo de la línea y alcanza el
cable.
Al llegar al punto de unión entre la línea y cable, y envista que las impedancias
son diferentes, la onda transitoria es reflejada de tal manera, que solo una parte de
ésta entra al cable y la otra se refleja a lo largo de la línea.
Las amplitudes de las partes transmitidas y reflejas das son
respectivamente, los cuales pueden calcularse como sigue:
e
1 t1
y
e1, I1
Z2
Z1
e’1, I’1
e2, I2
Fig.20
Ecuación de la corriente
e2 e1 e1
I1 = I2 +I1
e
1
Z
1
e
z
2
2
e
2
Z
2
Ecuación de voltaje
1
e1
Z
2
1
e
e
1
1
z
1
(1)
1
e
1
e
2
e
1
(2)
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
30
et1 ,
1
Sustituyendo el valor de e11, de la ecuación (2) en la ecuación (1) tenemos:
e
2e e
1
2
Z
1
2
Z
2
2 Z
e
2 e
Z Z 1
1
2
2
2 Z
1
2
Z Z
1
2
En forma similar podemos obtener
e
1
Z
1
1
1
e e 1 Z e 1Z
1
1
2
Z
Z
2
1
e
1
1
1
e z e 1z e 1z
11
1
2
z
2
1 como
sigue:
e1 - z2 –e1 –z1 = e11 (z1 + z 2)
z
e
1
z
2
2
z
1e
z 1
1
z
1
z
2
2
z
1
z
1
Ahora, si consideramos a T como el tiempo requerido por la onda para
atravesar dos veces la longitud del cable, entonces alcanzará el lado final en el
tiempo T/2, reflejándose para alcanzar el punto de unión en el tiempo t.
Las amplitudes de estas partes transmitidas y reflejadas serán respectivamente
e y
e
1 2 t1 1 2 t1
2
2
Z1
Z Z
1
2
Y
2
z z
1 2
z z
1 2
1
Las ondas reflejadas van a través del cable hasta el extremo final y son
reflejadas nuevamente hacia la unión donde el proceso se repite.
Este proceso muestra que el voltaje en la Terminal del cable se incrementa en
una serie de pasos.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
31
Esto se muestra gráficamente en la figura 21 en la que se ha tomado un cable
con impedancia de onda z2 =65 ohms y d longitud tal que para T un valor de
0.8 seg.; conectado a una línea con impedancia de onda z1 = 500 ohms,
transportando una onda de función unitaria.
a
b
1.5 E
1E
0.5 E
1
2
3
4
5
6
7
8
Tiempo
Fig.21Incremento del voltaje en el cable
Si despreciamos los efectos de atención basándonos en la teoría de que una
onda de longitud infinita, el voltaje en el cable tendría un valor máximo de orden de
2E, el cual es el mismo que habría sido obtenido en el final déla línea misma, si el
cable no se hubiera conectado a ella.
En la práctica estos elevados valores nunca se obtienen debido a la limitación
en la duración de la cola. De hecho, los cables de longitudes cortas se emplean
frecuentemente entre una línea y un transformador para que actúen como una
protección a las ondas transitorias transmitidas a lo largo de las líneas.
En la siguiente figura 22 se muestra lo anterior y fue tomada de un oscilógrafo
para una onda 0.5/5 seg.
Fig.22 Ondas tomadas de
un oscilógrafo mostrando la
prueba anterior
Como puede notarse en esta figura, la atenuación del voltaje en el cable ha
nivelado los escalones considerablemente, de tal manera que se obtiene un aumento
gradual adecuado y los esfuerzos causados por las ondas en los embobinados de los
transformadores se reducirán efectivamente.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
32
METODOS EMPLEADOS EN EL LABORATORIO PARA SIMULAR LOS VOLTAJES
DE IMPULSO.
Un voltaje de onda, conocido también como voltaje de impulso, es un voltaje
unidireccional que, sin oscilación apreciable, se incrementa rápidamente a un valor
máximo y regresa a su valor cero más o menos rápidamente.
Por lo general los voltajes de impulso tienen diferentes formas de curvas
voltajes – tiempos (puesto hasta la forma de la onda es muy importante en el equipo
eléctrico) de las cuales se obtienen 3 propiedades principales que permiten
determinar los factores principales, estos son:
a. El voltaje de pico o voltaje máximo
b. El frente de la onda, o sea la rapidez con que se incrementa el voltaje desde
cero hasta su valor máximo.
c. La cola de la onda, o sea la rapidez con que el voltaje regresa hasta su valor
cero.
El tipo más común de voltaje de impulso, que es también el tipo de onda
estandarizado para la prueba de impulso, es aquel que tanto su incremento al valor
máximo con su regreso al valor cero es de forma exponencial y se muestra en la
figura 23, la cual es de la forma:
e (E at E bt )
Donde, a y b son constantes para determinadas condiciones de un circuito en
particular.
Fig.23 Voltaje de onda conocido también como
voltaje de impulso
Ahora para determinar que clase de circuito eléctrico nos da un voltaje
instantáneo de esta forma en un laboratorio, consideremos los siguientes circuitos
básicos.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
33
En la figura 24 se muestra un capacitor co, el cual es cargado por medio de la
aplicación del voltaje E0 y posteriormente descargado mediante un brincador en un
capacitor CL produciendo el voltaje eL a través de el. El valor de eL puede obtenerse
como sigue:
Co
Q CoEo (Co CL )eL eL
Eo
Co CL
En la figura 25 se ilustra los mismos capacitores pero en este caso la carga de
CL no es instantánea como el caso anterior, pues retrasado por la presencia de una
resistencia Rf.
En la figura 26 se muestra el efecto al introducir una resistencia en paralelo. En
este caso C0 es descargada a través de esta resistencia de una manera gradual
hasta alcanzar su valor cero.
En la figura 27 se ha efectuado la combinación de las dos anteriores y se
obtiene un tipo de curva como el que buscamos.
.
Fig.24.
Fig.25.
Fig.26.
Fig.27.
CIRCUITOS ELÉCTRICOS PARA OBTENER LAS ONDAS
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
34
1.1.17. GENERADOR DE IMPULSO
En su forma más simple un generador de ondas o de impulso puede ser
descrito como un dispositivo que encierra un número de condensadores conectados
en paralelo para ser cargado simultáneamente por una fuente de corriente continúa y
descargados instantáneamente en serie de tal modo que momentáneamente los
voltajes son sumados y producen un voltaje total de aproximadamente nV donde n es
el número de condensadores y V es el voltaje de descarga.
La figura 28 es un diagrama esquemático de un generador de impulso en su
forma más simple.
El voltaje de carga V es aplicado a través de varias resistencias Rc, Rf, Rt, a
todos los condensadores que están en paralelo. Cuando aumenta el voltaje de los
condensadores a un cierto valor, el primer brincador de chispa romperá conectando el
voltaje V a la base del condensador número 2; el electrodo número 2
momentáneamente quedará a un voltaje 2V, el cual provocara el rompimiento del
brincador número 2. El proceso continuara, siguiendo la cadena de condensadores
para obtenerse finalmente un voltaje de nV en la punta más lejana del generador.
Dado que Rc es más grande que las otras (Rf y Rt), su presencia puede no
tomarse en cuenta en el ciclo de descarga, de tal modo que nos queda el siguiente
circuito, que es muy similar al efectuado.
nRF + R´F
NV
Cg
n
nRT
CL
eL
Fig.28. diagrama esquemático de un generador de impulso en forma
más simple
1.1.18. PROCEDIMIENTO PARA UNA PRUEBA DE IMPULSO
El método estándar para la prueba de impulso en un cable puede ser descrito
con propiedad como el método de disparos múltiples, y consiste en sujetar al cable a
una sucesión de impulsos incrementados gradualmente en su magnitud.
Generalmente estos impulsos son alternativos, primero de polaridad positiva y
después de polaridad negativa, los cuales hacen la prueba más severa y además lo
más similar a las condiciones reales donde fluye una corriente alterna a través del
cable.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
35
Como se mencionó previamente, los tres factores determinantes de las ondas
son: el valor de pico, el frente y la cola de onda.
Las especificaciones británicas determinan el valor del pico mediante la
siguiente formula:
V=4.5 (E +10)
Donde E es el valor del voltaje entre fases (r.m.s.) en Kv
De la formula anterior se obtiene los siguientes resultados:
Para cable de
Kv
33
66
132
V Impulso
Kv
194
342
640
R´
B
Cg
RTF
V.cc= voltaje c.c
Aplicado.
RF
Cg. = capacitores
del generador.
RT
RF= Res. del
frente.
RC
Bn
CL
Cg
RT= resistencia
total.
n
B3
Cg
3
B = brincadores.
RT
RF
R’F = Res. Frontal
extrema.
RT
CL = Capacidad de
La carga
B2
RC
Cg
Rc= Res. De carga.
RF
2
RC
B1
V.C.C. Cg
RT
Fig.29. Generador de impulso
1
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
36
Las E.B. lo marcan para las ondas de 1/50µseg.
Esto significa que el frente de la onda toma 1µseg mientras que el tiempo
requerido por la cola para bajar hasta la mitad del voltaje de pico seria de 50µseg.
Estas ondas de impulso estándar se muestran en la figura 30
Fig.30 Ondas de impulso estándar
En la practica algunas veces es imposible obtener el frente de onda en 1µseg
dado que en unos pocos metros de cable pueden tener un valor de capacidad muy
grande que, con la inductancia inevitablemente asociada en los circuitos de alto
voltaje y además la necesaria resistencia de amortiguación, el tiempo mínimo para el
frente de onda puede variar de 1.5 a 2µseg pero para muchos casos la prueba es
igualmente efectiva con estos valores del frente de onda. Las especificaciones
americanas marcan ondas de 1.5/40µseg.
En la prueba de impulso, la temperatura del conductor debe ser tal que
permitan simular los efectos en el cable en las condiciones de servicio. En el caso de
los C.P.I. la temperatura de trabajo del conductor de ser de 850C, tales temperaturas
pueden obtenerse en el laboratorio por un calentamiento inducido en el cable bajo
prueba usando un transformador de corriente. La temperatura de forro puede ser
medida por medio de termopares y la del conductor por medio de la fórmula:
Tc=Ts + θDL + I2RG
Donde:
T1= temperatura del conductor ºC
Ts= temperatura del forro ºC
ΘDL= caída de temperatura debida a las perdidas dieléctricas.
I= corriente inducida en amperes.
R= resistencia óhmica del conductor
G= resistencia térmica del aislamiento en Ω térmicos.
La forma de onda en el cable bajo prueba es usualmente detectada por medio
de un oscilógrafo de rayos catódicos (ORC) el cual se tiene una cámara fija que
permite obtener la curva.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
37
Este ORC se conecta al regulador de tensión, sea resistivo o capacitivo, el cual
a su vez se conecta en paralelo con el generador del impulso y el cable bajo prueba
tal y como se muestra en la figura 31
Gen.
imp.
Div.
tens.
Cable en
prueba
Fig.31 Cable en prueba conectado al generador de impulso
y al divisor de tensión
El principio del divisor de tensión se ilustrara a continuación en la figura 32,
para el caso donde se usan capacitores.
Cap. eq.
V1
V2
C1
V
C2
Fig.32 Principio del divisor de tensión
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
38
El voltaje medido por el ORC es V2. Este voltaje es proporcional al voltaje
aplicado al cable bajo prueba:
V= v2
k
El valor de K puede obtenerse como sigue:
K
V
V
2
Pero V = V1 + V2
Por lo tanto:
V
V
2
V V
1
2
V
2
Pero de la igualdad de carga a través de los capacitares:
V1 C1 = V2 C2
Y entonces:
V
V
2
K
V C
2 2
C
1
V
2
V
2
C
C
2
1
C
1
En la práctica de la fig. 33 se muestra en la forma de onda detectada por el
ORC y que para poder de terminar las características de esta se efectúan los pasos
siguientes:
Se fotografían en primer término 2 marcas de calibración. La distancia entre 2
marcas corresponde al voltaje conocido a través de las placas y del ORC. Un tiempo
de referencia es también fotografiado, correspondiente a una oscilación de frecuencia
conocida.
El voltaje de pico se determina por una simple relación de amplitudes.
La distancia entre las dos marcas de calibración puede ser medida, también la
distancia a la sima de la curva.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
39
Conociendo que la primera de estas mediciones corresponde a un voltaje
conocido en las placas en Y, el voltaje de las placas en Y correspondiente al valor de
pico puede ser obtenido. Estos tendrán que ser multiplicados por la constante del
divisor de tensión para obtener el valor del pico del impulso.
Fig.33. Ondas detectadas por el ORC.
d
1
d
2
v
1
v
2
v
2
d
2v
d 1
1
Donde:
V1 = voltaje conocido aplicado al O.R.C.
La duración del frente de la onda puede medirse a través las placas Y del ORC
con el tiempo de referencia. No obstante, como principio de la curva es difícil de
localizar, las E.B. establecen que la duración del frente de onda deberá obtenerse por
la medición del intervalo entre puntos entre de onda donde el voltaje es 10 y 90% del
valor de pico y:
t1= 1.25 t´
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
40
2.0.- SELECCIÓN Y COSTO DEL EQUIPO DE PRUEBA
El equipo requerido para las pruebas de resistencia, de aislamiento,
capacitancia y perdidas dieléctricas son respectivamente puente de Wheatstone,
megómetro, puente de capacitancia y puente de Sheering; cuyo principio, método de
operación y costo, han sido tratados intensamente en muchos trabajos por lo que no
haremos mención de ello; sin embargo, daremos el mayor números de datos posibles
para la mejor selección del equipo de A.T. y de impulso, que es el propósito de este
proyecto.
A continuación se describirá las características del equipo propuesto para las
pruebas de A.T. y de impulso por los diferentes fabricantes, el cual es adecuado para
probar cables de energía en los tipos “tubo” y “olio fluido“con un voltaje máximo de
220kv. Y en el caso especial de la prueba de impulso, ondas de 1.5/40μseg.
Los cambios de moneda se tomarán como sigue:
Tipo de moneda
Dólar americano (USA)
Euro
( € )
valor de cambio a la fecha en pesos
Mexicanos.
$11.50
$14.50
2.1. EQUIPO PARA LA PRUEBA DE ALTA TENSIÓN
1 Equipo propuesto por Ferranti Británica Ref. Milbank tower, London, England.
Consta de las siguientes partes:
a) Unidad transformador / reactor del tipo de inmersión en aceite, con
enfriamiento natural, relación 440/250,000 voltios, monofásico, 60c/s. 1M.V.A.
continuo, 2MV durante1/2 hora. Reactor del tipo de bobina móvil con un TAP
intermedio para aumentar el rango de impedancia y habilitar pruebas que se
requieren a bajos voltajes y corrientes plenas. Adecuado para cargas
capacitivas entre aproximadamente 0.006μF y 0.55μF y para un límite de
250kv y 80amp.
b) transformador de alimentación para abastecer las perdidas del circuito
resonante serie con una relación de aproximadamente 25kv. Monofásico 60s/c
100kv con un tanque de acero laminado y completo con sus accesorios y
válvulas.
c) regulador de voltaje de bobina móvil adecuado para abastecer al transformador
de alimentación con un voltaje controlado y variable desde cero hasta el voltaje
máximo. Diseñado para operar en fase, 60c/s, 440volts de alimentación con
una relación de220/0-440volts y de 100 Kva. Continuo y 200kva durante media
hora. Montado en un tanque de acero y con los accesorios siguientes:
Orejas de levantamiento, tornillo para tierra, placa de característica, placa de
identificación de terminales, válvula de drenaje de aceite, respiradero deshidratador,
indicador de posición de la bobina del equipo carátula y pozo para termómetro.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
41
d) Equipo de control con las siguientes partes:
-
Contactor en cubículo, montado en el piso.
Volmetró baja presión.
Ampermetro baja tensión.
Relevador sobre corriente baja tensión, instantáneo con restablecedor manual
y ajustable sobre un rango 8/.1.
Ampérmetro alta tensión, 0-5-10amperes.
Kilovolmetro alta tensión 0-125-250kv y escala pico/ 2 , operado desde un
buje de A.T. para la indicación directa del voltaje de salida.
Indicador de posición del reactor mostrando “impedancia del reactor “.
Reloj para horas, minutos y segundos.
Todos los interruptores necesarios para cambiar rango
Se tendrán las siguientes lámparas:
Color
Verde
Rojo
Ámbar
Blanco
-
Para
Contactor abierto
Contactor cerrado
Interconexiones establecidas
Interrupción por descarga.
controles.
Botón del contactor abierto /cerrado (el botón apertura con cabeza de hongo y
el cierre a nivel).
Interruptor del regulador aumentar / disminuir.
Switch maestro con llave.
Equipo
Altura
cm.
Unidad transformador reactor 412
Transformador alimentador
163
274
Regulador
193
Contactor de cubículo
Tablero de control
122
Largo
cm.
274
102
147
61
152
Ancho
cm.
Peso
neto Kg.
213
102
º37
32,000
1,360
3,400
117
320
76
180
El costo del equipo incluyendo unidad transformador / reactor, transformador
de alimentación, regulador de voltaje de bobina móvil, contactor en cubículo y panel
de control con las características antes mencionadas es de: €21,535.5, ó sea
312,264.75 pesos mexicanos.
Entrega: En México, incluyendo empaque de exportación a Italia.
Tiempo de entrega: 6 meses a partir de que se reciba la orden de compra.
Notas: los precios dados incluyen la manufactura y la entrega en México. No se
incluye trabajos de montaje, pero pueden facilitarse un técnico especializado para
hacerlo en seis semanas aproximadamente y capacitación del personal.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
42
2 Equipo propuesto por el tecnomasio italiano brow boveri ref. vía la sarca, 200milano italia.
a) un transformador monofásico, sumergido completamente en aceite y con
enfriamiento natural para instalación interna y con las siguientes
características:
-
-
-
Potencia
Frecuencia
Relación de transformación en vació
Tensión de prueba durante 1 minuto :
Devanado primario
Devanado secundario
Sobre carga
Tensión de corto circuito
A la relación 440/250,000v.
10kv
313kv a línea – 22kv a tierra
100% durante 30minutos
7%
Conexiones
Primario
Secundario
-
1000 Kva. continuos
60 Hz
440/ 250,000 V.
2
1+1
Accesorios
1 conservador de aceite con cobertura para llenado y descarga al llenar el
nivel.
1 indicador de nivel de aceite.
1 sistema de rollos de escurrimiento que se pueden orientar en dos sentidos.
-
Peso completo incluyendo aceite y
accesorios
Peso de aceite
9,000Kg.
3,100Kg.
b) 1 regulador monofásico de inducción sumergido completamente en aceite y
enfriamiento natural con las siguientes características.
-
Potencia
Relación
Sobrecarga
Frecuencia
Mando a los motores
200kv
220/0-440v
100%
60Hz
La potencia de 200kva es referida a la tensión de 440v y su valor decrece con
ésta.
La tensión de 440v, también puede obtenerse con cargas completamente
inductivas
-
Peso total comprendiendo el aceite
Peso del aceite
5,350kg.
1,600kg.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
43
c) Una inductancia monofásica variable para compensar la carga capacitiva del
cable en prueba.
Debe conectarse en paralelo al primario del transformador de la posición 2a.
-
Peso total con aceite
Peso del aceite
5,700kg
2100kg
d) Un tablero de mando tipo escritorio completo con todos los instrumentos
necesarios, botones e interruptores.
Precio: El precio del equipo será diseñado para trabajar a una altura de
2,300mts y entregando en México, comprendiendo el empaque, es de $USA
40,830.00 y cada una de las partes:
Transformador
Regulador
Inductancia
Tablero de mando
pos. 2a
pos. 2b
pos. 2c
pos. 2d
$USA.
$USA.
$USA.
$USA.
$USA.
MEX
15,830.00
12,400.00
9,100.00
35,000.00
40,830.00
$469,545.00
Tiempo de entrega: 15 meses a partir de la confirmación del pedido.
Condiciones de venta: Accesoria en la instalación, técnico especialista y capacitación
del personal.
3 Equipo propuesto por COMAR SPA (representante de AGG en Italia) Ref. Vía
GB. Pirelli, 12, milano, Italia.
a) Un transformador monofásico en aceite, marca DEG para instalación interior,
con las siguientes características:
-
Tipo PTIW
Potencia nominal 1000kva en servicio continuo
Tensión nominal primaria
Tensión nominal secundaria
Tensión de corto circuito
Frecuencia nominal
Tensión de corto circuito
Corriente a vacío menor del
Tensión de prueba de la espira
Elevación de temperatura:
En el aceite, en la parte superior
En los embobinados de cobre
Altitud
temperatura ambiente
Radiadores soldados
100/250
440v
250Kv
8%
60Hz
8%
1%
300kv
600c
700c
2200msnm
350c
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
44
-
Conexiones
AT: 1 pieza
BT: 1 pieza
-
200A espec.
10f / 2000A
Exento de efecto corona hasta la tensión nominal.
El transformador puede sobrecargarse por 30 minutos con el 200%
DIMENSIONES APROXIMADAS
-
Largo
Ancho
altura total
altura de distancia axial
peso total
peso aceite
precio: € 107,100.00
2800mm
2400mm
5200mm
1505mm
13ton
5ton
b) Un transformador monofásico de regulación AEG de siguientes características:
-
Primario
Secundario
Carga hábil
220v, 60Hz
0-440v, con regulación continúa.
228A
Potencia de regulación correspondiente en conexión como auto-transformador
220kva, sobre carga empezando en frió 100% por 30minutos, la tensión de salida de
220v. Puede ser mantenida también con carga inductiva y para una potencia de
entrega de 100kva.
Dimensiones:
-
Base
Altura
Peso
1,300
1100mm.
2,000mm.
1,500Kg.
Tiempo de regulación para el campo entero 120seg. (Puede también ser
modificado por este tiempo)
La potencia propia viene prefijada por medio de un transformador con variador.
Entre las gradas del variador la tensión viene regulada de un transformador auxiliar y
de un transformador de regulación. Por lo tanto, es posible una regulación
prácticamente continua de la tensión. El variador solo en ausencia de potencia y en
este caso se evita el desgaste eléctrico del contacto.
PRECIO: €15,400.00
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
45
Tiempo de entrega: 12 meses de fabricación a partir del momento de la
confirmación, accesoria en la instalación, técnico especialista, capacitación del
personal.
Los precios están basados en el siguiente costo de material y mano de obra y
pueden variar con el alza de éstos:
-
Fierro
Cobre
Salario
Precio total
73.57 €/100kg
289.97 €/100kg
2.41 €/hora
€ 365.95
$5,306.275. M.N.
4 Equipo propuesto por AEG.Ref. Vía GB Pirelli 42, milano, Italia
a) Nueve bobinas de compensación para corriente alterna:
-
tipo DST 100/1
para potencia inductiva de 200kva a 500v y 60Hz
b) Una bobina de compensación para corriente alterna:
-
tipo DSET 50/1
potencia inductiva de 100kva a 500v y 60Hz
Precio de las bobinas pos. a. Y b.
€ 31,885.00
c) Un tablero de maniobra conteniendo los dispositivos para maniobras y control
de la bobina:
Base
Altura
PRECIO:
1.800 500mm
1,800
€ 9,520.00
d) Un tablero tipo escritorio con controles de mando, para compensar la corriente
capacitaba formada por:
-
-
Un contactor de medición en función del cos.θ
Un dispositivo de maniobra de los contactores para conexión de la bobina.
Cinco lámparas para señalizar el tipo de conexión de la planta de
compensación.
El tablero esta diseñado para montarse en la pared o cerca del lugar de
mando.
Dimensiones:
Base:
Altura:
Precio:
800 400mm
1000mm
€ 6,230.00
Con las condiciones de la proposición de COMAR S.p.A.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
46
Precio Total
€ 47,635.00
$ 690,707.5 M.N.
5 .Equipo propuesto por selin Ref. Plaza Napoli, 11- milano, Italia
a) Un regulador monofásico de inducción del tipo inmersión en aceite, vertical y
de ventilación natural. Accionado mediante un mecanismo reductor con tornillo
sinfín, en grande helicoidal y motor sincrónico trifásico, completo con
interruptor de límite para controlar la carrera del ángulo de rotación. El motor
será abastecido con un freno electromagnético que bloquea al motor, tan
pronto se interrumpe la alimentación. El tiempo requerido para dar toda la
rotación, es decir, para pasar de la tensión cero a la tensión máxima, o
viceversa, es de 50seg.
Las características del regulador serán las siguientes:
-
potencia de entrega la tensión
máxima en servicio continuo
tensión de alimentación
frecuencia
tensión de salida: Regulable dentro de los límites.
Tensión de salida mínima
Tensión de salida máxima
Peso regulador con aceite
Dimensiones
Diámetro
Altura
PRECIO
200kv
220kv
60Hz
10volt
440volt
2,800kg
1,270mm.Ap
2,045mm
€ 4,340.00
$62,930.00 M.N
Tiempo de entrega: 9 meses
2.2. EQUIPO PARA PRUEBA DE IMPULSO
1 Equipo propuesto por Ferranti
a) Generador de impulso marca ferranti, 8 etapas, 2 columnas, cada etapa para
150kv con una capacidad de 0.64μf dando un total de salida sin carga de
1200kv a 57.6kw/seg.
El generador completo con las siguientes partes:
-
Las columnas principales y base del generador de impulso completo con
capacitores, brincadores y equipo.
Un juego de resistencias internas para el frente de onda.
Un juego de resistencia internas para la cola de onda
Una resistencia externa
Un equipo de carga consistente de regulador de voltaje completo con
contactores y elementos de sobre –carga, transformador de alto voltaje, juego
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
47
-
de rectificadores de selenium, etc. todo formando un circuito con salida de C.C.
variable de 0-150 Kv
Kilovólmetro C.C.A. V.
Un dispositivo de descarga a tierra automático
Un tablero de control tipo escritorio, completo, con todos los instrumentos
necesarios, botones e interruptores.
Equipo de control remoto para cambiar la polaridad automáticamente.
Precio € 11.662.00
ALTERNATIVA:
Generador de impulso marca Ferranti, 8 etapas, 2 columnas, cada etapa para
150kv. Con una capacidad de 0.36μF, dando un total de salida sin carga de 1200kv a
32.4kw-seg. El generador completo como el anterior.
Precio €10,927.00
b) Potenciómetro de onda con capacidad de 400µF para usarse en picos arriba
de1200 kv. Precio € 828.1
c) Un juego adicional de 8 resistencias para el frente de onda interna del
generador. Precio € 294.7
d) Un juego adicional de 8 resistencias para la cola interna del generador.
Precio € 242.9
e) Un osciloscopio de rayos catódicos, marca Ferranti, de un solo canal,
adecuado para fotografiar sobre vidrio, polaroid o rollo.
PRECIO
PRECIO (cámara)
Grabación polaroid
Grabación extra rollo
Grabación extra vidrio
€ 1,344.00
€ 198.00
€
58.8
€
58.8
€
50.4
f) Unas esferas de 100cm de diámetro para las mediciones de alto voltaje en
C.C. y C.A.
PRECIO
€
1,724.8
COSTO TOTAL € 15,022.7
$ 217,829.15 M.N.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
48
2 Equipo propuesto por micafil (representada por la Brown Boveri mexicana, S.A.
de C.V.) ref., Hamburgo 66 - 3o y 4o Piso, México, 6 DF.
a) Los generadores de impulso MICAFIL son de una columna y diseñados de
acuerdo al circuito multiplicador de MARX, con las siguientes características
técnicas:
-
-
Capacidad por etapas
0.4μF 5%
Tensión nominal por etapa
200kv
Tensión de carga nominal
1600kv
Capacidad de impulso
50,000pF 5%
Energía a la tensión nominal
64KWS
8 resistencias de carga diseñadas para una tensión de servicio máxima de
200kv.
56 resistencias para el frente de onda diseñada para una tensión de servicio
máxima de 20kv (7 elementos por etapa) permite obtener los diferentes valores
de resistencia y de mantener la duración del frente de la onda en 1.2μseg
30% según CEI. Una vez que la carga capacitiva total se tiene entre 1100 y
3580pF.
40 resistencias para la cola de onda diseñada para una tensión de servicio
máxima de 200kv (5 elementos por etapa).
La duración del valor medio de la cola de 50seg. (CEI) puede ser mantenida en
5μseg. Para todas las cargas.
PRECIO. € 113,400.00
b) Un grupo de carga con conmutador para tierra, servo-motor para el cambio de
polaridad, grupo de carga montado sobre la placa de la base del generador.
El grupo de carga contiene, en un tanque común lleno de aceite, el
transformador tensión y los rectificadores de selenio con el conmutador de polaridad.
-
Tensión nominal
Tensión máxima de servicio
Corriente máxima de carga durante 30 minutos
Corriente nominal
Alimentación
Entrega
PRECIO:
200kv
220kv
80mA
50mA
380v,60c/s,20kv
9meses
€ 16,135.00
c) Una resistencia para medición de la tensión de las etapas.
-
Tensión máxima de servicio
Resistencia
Coeficiente de tensión
200kv
540MΩ
-
Coeficiente de tempera
50 10 6 C 1
Constancia del valor de resistencia en servicio a la tensión máxima durante
1000horas, la variación del valor de la resistencia es inferior a 0.40% .
2 10 8 v 1

Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
49
PRECIO: € 3,906.00
d) Un condensador de carga base de las siguientes características:
-
Capacidad por etapa
Tensión máxima por etapa (onda 1/50)
Capacidad alta tensión del divisor ( con todas las etapas
Conectadas en serie).
PRECIO:
Precio suplentario por el carro
e)
f)
g)
-
Un dispositivo de desconexión
tablero de mando
Un divisor de tensión
Tensión nominal
Tensión máxima de servicio
Resistencia
PRECIO
PRECIO TOTAL:
12,800pF 10%
200kv
1,600pF 5%
€7,630.00
€2,415.00
€10,115.00
€12,250.00
2000kv
2100kv
10 k ohms
€16,800
€182,721.00
$2, 649,454.5 M.N
3 Dos terminales de prueba de diseño exclusivo de Pirelli, S.p.A. con base móvil.
$Usa 1,500
$ 17,750 MN
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
50
2.3. SELECCIÓN Y COSTO DEL EQUIPO
2.3.1.-EQUIPO PARA LA PRUEBA DE ALTA TENSIÓN
Indudablemente que el equipo propuesto por Ferranti es, desde el punto de
vista técnico y cuando a calidad de construcción y servicio, el más adecuado.
Una de las ventajas del circuito resonante serie (que es el propuesto por
FERRANTI) es que, cuando se presenta una falla, accionada sus mecanismos de
control suspendiendo la prueba permitiendo de este modo hacer un análisis correcto
de la misma. En la siguiente tabla hacemos notar que las posibilidades de falla en los
cables de energía son muy remotos debido a que se tiene bastante cuidado durante
la fabricación. En base a esto podemos tomar en cuenta otro equipo de buena calidad
y mejor precio que el propuesto por Brown Boveri.
2.3.1.1.-NUMERO DE CABLES DE ENERGÍA PROBADOS DURANTE UN
AÑO
NORMA.
AEIC.
C/pant c/cint total
305
253 559
fallaron prueba de voltaje
2 (1 plástico y 1 papel)
MOTIVO: 1.- El plástico tenía una burbuja en el aislamiento
2.- El papel se perforó desde una fase hasta el plomo debido a una
Costilla en el cable de cobre.
IPCEA
24
32
5 ninguno
VDE
52
40
92 ninguno
Normas varias 76 ninguno, total 783
En resumen fallaron 25% del total de cables y debido
difícilmente se presentan.
a condiciones que
Con lo anterior podemos seleccionar el equipo de brown Boveri que tiene un
costo mucho menor que el propuesto por ferranti y nos prestara un magnifico servicio
satisfaciendo nuestra necesidades.
La gran experiencia en el ramo de los cables de energía que tienen compañías
como pirelli de Italia y anaconda de estados unidos coinciden con nosotros en la
opinión de que el equipo ferranti (que tienen instalado, el primero en Inglaterra y el
segundo en Nueva York), presta un magnifico servicio pero para nuestras condiciones
actuales y la gran diferencia de precio, es más adecuado el de brown boveri.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
51
2.3.4.-EQUIPO PARA PRUEBA DE IMPULSO
En este caso las dos cotizaciones recibidas son de equipo de magnifica calidad
y como puede notarse el precio de ferranti es mayor. Para su selección nuevamente
recurrimos a las experiencias de Anaconda y Pirelli, los cuales se inclinan más por el
equipo ferranti ya que les a prestado un magnifico servicio.
Por otro lado, para nuestras necesidades, una capacidad de 0.36μF por etapa.
Y esferas de 1m de diámetro es suficiente, considerando los voltajes de trabajo.
El costo del equipo seleccionado es:
Equipo para:
Prueba de alta tensión
Prueba de impulso
Terminales de prueba
TOTAL:
marca
costo en M.N.
B. Boveri
Ferranti
pirelli
469,545.00
217,829.15
17.250
704,624.15 M.N
Al precio del equipo debemos adicionarle el costo de transportación, fletes,
permiso de importación, etc.; son de acuerdo con la experiencia que se tiene con
otros equipos traídos de Europa, el 20% del costo del equipo, por lo que el precio
sería:
COSTO TOTAL INCLUYENDO GASTOS DE TRANSPORTACION,
ASESORIA PARA INSTALACIÓN DEL EQUIPO Y PRUEBAS Y CAPACITACIÓN
PARA EL PERSONAL.
$ 845,548.98
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
52
3.0. LOCALIZACIÓN Y COSTOS DEL MONTAJE DEL EQUIPO DE PRUEBA
El proceso de fabricación de los cables de energía es el siguiente:
Laminación
Zona de estir
Zona de cableado
Zona
de
forrado
Zona de
embarque
s
Zona adecuada
para localizar el
laboratorio de
pruebas
Zona de
armado
Zona de
secado e
IMPR
En el esquema anterior se indica mediante flechas, el flujo del cable desde su
proceso inicial hasta el lugar donde se embarca. El punto más adecuado para
localizar el En el esquema anterior se indica mediante flechas, el flujo del cable desde
su proceso laboratorio es precisamente entre las zonas de armado y embarque con
los que se obtiene un flujo continuo del material fabricado.
Como puede ver en la Figura 3 del anexo en la página 63, se muestra la zona
disponible, la cual se ha dividido en:
I.- Zona para pruebas de impulso
A.T.- Zona para pruebas de alta tensión
En la Figura 3.1 del anexo de la pagina 64, se muestra localización del equipo
en el recinto de laboratorio y las figuras 3.2, 3.3 Y 3.4 de los anexos de las páginas
65, 66 y 67 se muestra los detalles de enrejado de seguridad y del cuarto de tableros.
Las cimentaciones del equipo se detallan en las figuras 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 y 3.9
de los anexos de las páginas 68, 69, 70,71 y 72 las cuales fueron calculadas en base
a lo siguiente:
1 Se consideraron 3 toneladas de fatiga del terreno por metro cuadrado (dato
tomado de estudios realizados por el departamento de civil de la empresa)
2 El método seguido para el cálculo de cimiento fue por área de contacto.
3 La preparación del concreto será: 1 parte de cemento, 2 partes de arena, 3
partes de grava
ES IMPORTANTE HACER NOTAR EL HECHO DE QUE NO SE DARAN
VISTAS NI DETALLES DEL EQUIPO POR NO CONVENIR A LOS INTERESES DE
LA EMPRESA.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
53
3.1. ALIMENTACIÓN ELECTRICA
EQUIPO PARA PRUEBA DE ALTA TENSIÓN
El diagrama del tablero de mando para la prueba de alta tensión se ilustra en la
figura 3.10 del anexo de la página 73, en el cual se indica los calibres alimentadores
calculados como sigue:
Cálculo de los alimentadores principales:
Alimentador
I
200 1000
455amp. Cable vinanel
440
Calibre 500 MCM
LÍNEA L2
I
Cable vinanel 900
17.5 1000
40amp. Calibre 8 AWG
440
Cálculo del alimentador de la reactancia:
I
Cable po = pvc 1kva
200 1000
227amp. Calibre 250 MCM
880
NOTAS:
a) La comprobación de los cables por caída de tensión según la fórmula:
e%
Donde:
L= longitud de línea
I= corriente circulante en amp.
S= sección del conductor en mm2
En= voltaje al neutro en volts.
4LI
SEn
Con lo anterior se obtiene valores debajo de los especificaciones (3%) debido
a las distancias tan cortas entre los puntos de alimentación.
b) Los símbolos empleados en la figura 3.10 del anexo de la página 73 describen
en las página 74 y 75
c) Todos los alimentadores irán por conducto de 4 vías de 3” de diámetro.
d) El alambrado de los tableros será con alambres TW calibre # 12 AWG.
e) La llegada a los puntos de conexión del regulador, de la reactancia y del
transformador será en un ducto cuadrado de 15 15 152 cm.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
54
3.2. EQUIPO PARA PRUEBA DE IMPULSO
En la figura 3.11 del anexo de la página 76 es un diagrama esquemático del
tablero de mando para el equipo de la prueba de impulso y los calibres indicados se
calcularon como sigue:
Cálculo del alimentador principal.
Alimentador
Cable vinanel
I
15 1000
34amp
440
900 cal. 8 AWG.
Cálculo del alimentador del rectificador.
Cable vinanel
I
15 1000
32amp
440
900 cal. 800AWG.
NOTAS:
a) El cable que se usará para el osciloscopio y para medición del voltaje del
rectificador será cable control # 12 AWG.
b) La llegada a los puntos de conexión en el rectificador y en el potenciómetro
serán con tubo conduit galvanizado
c) Las conexiones a las terminales de prueba serán con malla de cobre de 1
AWG
3.3. EQUIPO DE SEGURIDAD
En la figura 3.12 del anexo de la página 77 se dan los detalles de las lámparas
industriales y los interruptores de límite colocados en los puntos adecuados para
evitar un accidente a alguna persona que por descuido abra unan puerta en el
momento de la prueba.
La alimentación se hará por el piso en tubo galvanizado de 13mm de diámetro
y con alambre #12 AWG las subidas a las lámparas y a los interruptores se harán con
el mismo material.
En la figura 3.13 del anexo de la página 78 se dan los de talles de toda la
alimentación eléctrica.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
55
3.4 COSTO DEL MONTAJE DEL LABORATORIO
Part.
1
DESCRIPCIÓN
COSTOS($)
Enrejado de seguridad en el lugar, a una mano
pintura anticorrosiva
Cuarto de tableros incluyendo ventanearía ,
herrería, y albañilería
Cimentación de rectificador
Cimentación del generador de impulso
Cimentación del separador de esferas
Cimentación $ 5,253.83
Rieles
$ 24,038.46
$75,000.00
6
7
8
Cimentación del transformador
Cimentación de la reactancia
Equipo de seguridad que incluye:
$25,699.00
$5,140.00
$6,923.07
9
a) Lámparas industriales serie “V” para 100 watts máx.
Costo unitario $865.38
Requeridas
8
b)Interruptores de limite
Costo unitario $ 1,500
Requeridos
6
Alimentadores eléctricos y material eléctrico.
2
3
4
5
$55,800.00
$10,078.50
$14,508.00
$29,292.29
$9,000.00
a) Cable para alimentar el regulador, los tableros pruebas
de alta tensión y de impulso, el rectificador, la reactancia y el
y el transformador
Tipo y calibre
Long(m)
Costo unitario $/100m
Vin900 – 500 MCM
110
8,052.85
$8,858.13
Vin900 – 8
MCM
104
355.71
$369.93
Po≠ PVC2– 50 MCM
115
5,385.71
$6,193.56
b) Cable TW calibre #12 AWG.Para alambrar tableros
y lámparas
cantidad requerida: 3000m
Costo unitario
$141.42/100m.
$4,230.00
c) Cable control para aparatos de medición calibre #12 AWG. $476.00
Cantidad requerida: 40m
Costo unitario
$1,190/100m.
d) Tubo conduit galvanizado de 13mm. Ø por 3m. de largo
Tramos requeridos: 30
Costo unitario
$23.40/pieza
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
$702.00
56
Part.
Tramr
Descripción
Costo($)
e) ducto cuadrado de 15 × 15 ×152 cm.
Tramos requeridos : 17
Costo unitario:
$220/pieza
$3,747.00
f) ductos de 4 vías de 3” de diámetro de 30 × 30 × 99cm
Tramos requeridos 38:
Costo unitario
$35/pieza
$1,330.00
g)Cable TW #8 AWG para conexiones y tierras
Cantidad requerida: 100m
Costo unitario:
$700
$700.00
$17,615.60
10
11
Mano de obra mecánica y eléctrica por montaje del equipo
del laboratorio. (aprox. 2.5% del costo total del equipo ,sin
incluir materiales ni supervisión técnica).
Gastos varios por imprevistos debidos a modificaciones,
retrasos, días no laborales, accidentes, etc.(aprox.2.5%)
del costo total del equipo.
Costo total del montaje del
laboratorio de pruebas
$17,615.60
$293,277.48
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
57
COSTOS
A continuación se hace un resumen de los costos totales que implica la compra
y el montaje de un equipo de pruebas para cables subterráneos de alta tensión:
COSTO TOTAL DEL LABORATORIO CONCEPTO
a) Equipo para prueba de alta tensión marca Brown boveri incluyendo:
transformador de 100Kva continuos, relación 880/250 000 volts, 60Hz;
Regulador monofásico de inducción de 200Kva. Continuos relación 2200/0440volts, 60Hz; Inductancia variable y tablero de control.
$469,545.00
b) Equipo para prueba de impulso marca ferranti, incluyendo: Generador de
impulso de 8 etapas, 2 columnas, para un total de 1200Kv potenciómetro de
onda; separador de esferas de 100cm de diámetro; oscilólagrafo de rayos
catódicos y tablero de control.
$217,829.15
c) Terminales de prueba adecuadas para probar cables hasta de 22000 volts.
$17,250
d) Gastos de transportación, permisos de importación fletes, etc. (aprox. 20% del
costo total del equipo).
$845,548.98
e) Costo montaje del laboratorio incluyendo materiales, mano de obra e
imprevistos.
$293,277.48
COSTO TOTAL DEL MONTAJE DEL LA BORATORIO PARA PROBRAR
CABLES SUBTERRANEOS DE ALTA TENSION
$1, 843,450.61
= ===========
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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Capitulo III
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
59
APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO
Este proyecto representa una gran aportación a la tecnología, para mejorar la
producción de cables de energía con aislamiento, cada vez mejores para las altas
tensiones.
Representa también una fuente de trabajo para técnicos especialistas
capacitados en este ramo, con percepciones económicas mejores y un gran paso
para las pequeñas empresas, fabricantes de cables, haciéndolas mas competitivas en
el mercado.
Sin duda es una gran contribución para el desarrollo de la tecnología en
nuestro país, logrando que el inversionista mexicano recupere con creces lo invertido
y con esto halla mas fuentes de trabajo.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
60
BIBLIOGRAFIA
Autor
Nombre
Luís A. Siegert.C.
Alta tensión y sistemas de transmisión
EDT. Li musa. 1996
Chester L. Dawes
Tratado de electricidad
1.- Corriente continúa
2.- Corriente Alterna
EDT. G. Gili. S.A.
Enrique Ras Oliva
Teoría de líneas eléctricas
EDT. Madrid.
Roberto Espinosa Lara
Sistemas de transmisión
EDT. Noriega-li musa 1990.
Ing. Gilberto Enríquez Harper
Técnicas de las altas tensiones
EDT. Limusa1980.
Manual técnico de cables de energía
de condumex.2ª Edición
Mc. Graw-Hill. 1984.
William D. Stevenson
Análisis de sistemas eléctricos de potencia
2ª Edición Mc. Graw-Hill 1979
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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ANEXOS
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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SIMBOLOS EMPLEADOS EN LA FIGURA 3.10
Símbolo
TC1
TC2
T
CT1
CT2
PT1
PT2
F1
F2
FC1
FC2
FC3
FC5
FC6
F
S
P
R
L
X
XI
D
Au
M
A1
A2
V1
V2
SCA1
SCA2
SLS
DESCRIPCIÒN
Trans. de control 1 Kva. 440-110v
Trans. de control 0.5 Kva. 440/110v.
Trans. 1Ø 20 Kva. 440/220v.
Trans. de corriente en regulador
Trans. de corriente rel. 300/s
Trans. de potencia en regulador
Trans. de potencia rel.880/ 300-150v.
Fusibles alta capacidad interior 400A ,600v
Fusibles alta capacidad interior 400A ,600v
Fusibles en regulador
Fusibles en regulador
Fusibles 30amp. 250v. lista 5a.
Fusibles 30amp. 250v. lista 10A
Fusibles 30amp. 250v. lista 10A
Freno en Reg.
Contactor en Reg.
Relevador magnético 1 polo, NA 110v
Contactor magnético T.0 3 P. 110v.
Contactor magnético T.0 4 P. 110v.
Contactor magnético T.5 2 P. 110v.
Relevador magnético 8 P, 4 N.A. 4 NC. 110volts
Contactor en Reg.
Contactor en Reg.
Contactor magnético T.5. 3P;110v.
Ampèrmetro C.A. esc. 0-300A
Ampèrmetro C.A. esc. 0-300A
Volmetro C.A esc. 0-1200Kv
Volmetro C.A esc. 0-100Kv
Volmetro C.A esc. 0-250Kv
Relevadores de sobre carga T. NEMA.
Relevadores de sobre carga T. Nema.
Entrelazado en Reg.
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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SLP
SLL
SLR
ET
BP1
BP2
BA1
BA2
BA3
BA4
BA5
BA6
SS1
SS2
LA
LA1
LA2
LR1
LR2
LV1
LV2
LB
EH
Reg.
ECD
TC3
LR
B
R1
I
SS3
Int. de limite puertas
Entrelazado Reg.
Entrelazado Reg.
Relevador Reg.
Botón color negro con 2/c INA y INC
Botón color negro con 2/c INA y INC
Botón color rojo con 2/c INA y INC
Botón color rojo con 2/c INA y INC
Botón color verde con 2/c INA y INC
Botón color verde con 2/c INA y INC
Botón color ámbar con 2/c INA y INC
Botón color ámbar con 2/c INA y INC
Selector de 3 posiciones
Selector de 3 posiciones
Lámpara indicadores color ámbar, 110 V
Lámpara indicadores color ámbar, 110 V
Lámpara indicadores color ámbar, 110 V
Lámpara indicadores color rojo, 110 V
Lámpara indicadores color rojo, 110 V
Lámpara indicadores color verde, 110 V
Lámpara indicadores color verde, 110 V
Lámpara indicadores color blanco,110 V
Int. Termo magnético 2P, 50A
Regulador
Equipo corriente directo
Trans. de control 1kva, 440/110v
Lámpara indicadora color rojo, 110v
Lámparas recintos
Relevador magnético 3P, NA, 110v
Int. De navajas 2P. 30a. 250v c/F 30a
Selector de 3 pos.
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76
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
77
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78
APENDICES
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
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TABLA1.1.1.- Incremento de la resistencia por efecto de cableado
Tipo de cableado
Kc
Redondo normal
Redondo compacto
Sectorial
Segmental
0.020
0.020
0.015
0.020
TABLA 1.1.3.- Resistencia a la corriente directa a 20°C en conductores de cobre
con cableado concéntrico normal, comprimido y compacto.
Mm2
AWG
MCM
8
6
5
4
3
2
35
1
50
1/0
2/0
70
150
3/0
4/0
250
300
350
400
240
500
600
700
750
800
1000
Área de la sección Resistencia eléctrica a la
(mm2)
cd (20°) ( Cu suave) Ω/Km.
8.37
13.30
16.77
21.15
26.70
33.60
34.89
42.41
48.30
53.50
67.43
69.00
85.00
107.21
126.70
152.01
177.34
202.70
242.50
253.4
304.02
354.70
380.02
405.36
506.7
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
2.10
1.322
1.050
0.832
0.660
0.523
0.504
0.415
0.364
0.329
0.261
0.255
0.207
0.164
0.139
0.116
0.0992
0.0867
0.0726
0.0694
0.0578
0.0496
0.0463
0.0434
0.0347
80
Tabla 1.1.3.- Resistencia a la corriente directa a 20 0c en conductores de aluminio
con cableado concéntrico normal, comprimido y compacto
Designación
AWG
MCM
2
1/0
2/0
3/0
4/0
250
350
500
600
700
1000
Área de la sección transversal
(mm2)
33.6
53.5
67.4
85.0
107.2
126.7
177.3
253.4
304.0
354.7
506.6
Resistencia eléctrica
Nominal a la cd
Ohm / Km. a 200c
0.860
0.539
0.428
0.3391
0.269
0.228
0.163
0.114
0.0948
0.0813
0.0569
Tabla 1.1.4.- Factores de corrección por temperatura para cálculo de resistencias de
conductores eléctricos de cobre y aluminio
emperatura del conductor en
20°c
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Factor de corrección a 20°c
cobre
1.085
1.062
1.040
1.020
1.000
0.980
0.962
0.944
0.927
0.910
0.894
0.879
0.869
0.850
0.836
0.822
0.809
0.796
0.784
Proyecto de un laboratorio de pruebas para cables subterráneos para alta tensión
aluminio
1.088
1.064
1.042
1.020
1.000
0.980
0.961
0.943
0.925
0.908
0.892
0.876
0.861
0.846
0.832
0.818
0.805
0.792
0.780
81