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6 SYMPOSIO LATINOAMERICANO DE LA ENERGA 2011
CABLES DE ENERGA PARA 230 kV CON AISLAMIENTO DE XLPE Y PANTALLA-CUBIERTA DE ALUMINIO SOLDADO.Sistemas Cable-Accesorios: Componentes, Normatividad, Calificacin.
CABLES DE ENERGA
Cable de energa AT/EAT
Cables o Sistemas? Componentes por separado Hasta 35 kV
Sistema A partir de 69 kV
Enfoques iniciales Cables Accesorios: Empalmes Terminales
Otros componentes: Sistema de Tierra Sistema de sujecin
Sistema Cables + Accesorios Compatibilidad Dcada de los Noventa
Terminales Exteriores ABB Kabeldon
ABB Kabeldon Empalme premoldeado para 245 kV
Etapas en la vida de un conductor elctrico Seleccin / Diseo Manufactura. Sistema de Calidad Pruebas en Fbrica Transporte, manejo, almacenamiento Instalacin de cable y accesorios Pruebas de campo Operacin y Mantenimiento Reposicin
Sistemas Subterrneos Expectativas del usuario: Alta Confiabilidad Larga vida en servicio Alta Seguridad Alta Eficiencia Baja Relacin Costo/Beneficio En armona con la naturaleza.
RETOS Y PROBLEMTICA RECIENTE DE LA INDUSTRIA DE LOS CABLES Presencia de Agua Accin de la Luz solar Pruebas de campo Diagnstico no destructivo en campo Supervisin en lnea Operacin a alta temperatura y gradiente Limpieza de materiales y procesos Interfase con los accesorios Pruebas de Calificacin a sistemas en AT y EAT Tcnicas de instalacin
Conductores Elctricos: Evolucin y Desarrollo Los cables de energa, presentes desde los albores de la electricidad industrial
MANIOBRAS EN FBRICA, 1900
Tcnicas de Instalacin
Tcnicas Tradicionales
Tcnicas Tradicionales II
Tcnicas Tradicionales Trincheras
Tcnicas Tradicionales: Tneles
CABLES TIPO PILC
Cables tipo PILC
Trifsico Sectoral Con Cintura
Monopolar Redondo
Trifsico redondo Pantalla individual
3 Monopolares Individuales, Redondos
Cable de Baja Tensin PVC - 1930
EN MXICO
Compaas Cableras Pioneras en Mxico
Pacheco y Compaa (PyCSA) La Consolidada
En Monterrey Fines de los 50
1965 : Nuevas instalaciones para una nueva era: La de los cables de energa con aislamientos polimricos extruidos en Tensiones Superiores
Niveles de Tensin Media Tensin (ms de 5 y hasta 35 kV): 5, 15, 25 y 35 kV 46 kV
Alta Tensin (ms de 46 y hasta 150 kV): 69, 115 y 138 kV 161 kV (170 kV)
Extra Alta Tensin (ms de 150 kV): 161, 230, 345, 400 y 500 kV
Cable de energa tpico dcada de 1970
Cables de Energa Media Tensin
LA ERA DE LOS CABLES DE ALTA TENSIN CON AISLAMIENTO EXTRUIDO Fines de los 70s
Cables fabricados en Mxico Primer proyecto importante: 69 kV en Guadalajara Cable 750 kCM Al. Entra en operacin en abril 1980. Actualmente en operacin sin fallas.
Pruebas a cable de 69 kV en Guadalajara, abril 1980
INSTALACIN DE LA GRAN PLAZA MONTERREY
Cable de Energa XLPE 69 a 138 kV
LOS 90 CONDUCTORES DE SECCIONES MAYORES: 800 mm2
Cable de 115 kV 800 mm2 Conductor Segmental
Cable de energa de dimetro reducido y con cubierta de Pb-PE para 138 kV
Diseos de cables con un mejor comportamiento en presencia de agua
Cable de 115 kV bloqueo radial a base de cintas de Al
LOS TRAMOS LARGOS El proyecto Laguna-II 2003
Cable 115 kV proceso vertical
VCV 2: AT & EAT: 69 kV 138 kV 250 2000 mm2 230 kV 380 2000 mm2 Excentricidadmenor al 5%
CONCENTRICIDAD
PATIO DE ALMACENAMIENTO
2005 Cables de Gran Seccin El Proyecto Noine-I
Degasificacin
PROCESO CUBIERTA
NORMATIVIDAD
PRUEBAS EN PLANTA
Media Tensin, hasta 30 35 kV NMX J-142 NRF-024-CFE ICEA - Diversas, segn diseo AEIC CS8 IEC 60502
Alta Tensin, + de 69 kV hasta 150 kV NMX J-142 CFE E000017 IEC 60840 NFR C-33-254 ICEA S-108-720 AEIC CS9
EAT, + de 150 kV hasta 500 kV CFE E000028 NFR C-33-254 IEC 62067 ICEA C-108-720 AEIC CS9
Sistema 230 kV
Sociedades de Expertos IEEE ICC IEC CIGR JICABLE
INSTALACIN
Cable de energa EAT 230 kV
2002 Proyecto CFE 411 Ro Bravo Tamaulipas 8.2 Km Cable 506mm2 138 kV Suministro e Instalacin
Maniobras de descarga de carretes
Tendido de cable de potencia
Equipo para jalado de cable
Preparacin puntas cable
2002 Proyecto CFE 411 Ro Bravo Tamaulipas 8.2 Km Cable 506mm2 138 kV Suministro e Instalacin
Acomodo de cables en pedestales de S.E.
Personal calificado
Pruebas de recepcin
2003 Proyecto CFE Tangamanga 3.2 Km Doble Circuito 20.9 Km Cal 380 mm2 CU 115 kV Suministro e Instalacin Sistema ( CFE SLP)
Maniobras de descarga de carretes
Acomodo de maniobra para tendido
Acomodo de rodillos en registro subterrneo
Equipo para tendido de cable con medicin
2003 Proyecto CFE Tangamanga 3.2 Km Doble Circuito 20.9 Km Cal 380 mm2 CU 115 kV Suministro e Instalacin Sistema ( CFE SLP)
Empalmes para cables de potencia
Terminales en poste de transicin
Registro de empalmes terminado
Personal capacitado
2004 Proyecto CFE Laguna II . Suministro de 190.6 Km Cal 800 mm2 CU 115 kV
Fabricacin en tramos de hasta 800 Metros
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torren Coahuila, Gmez Palacio y Lerdo Durango
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torren Coahuila, Gmez Palacio y Lerdo Durango
Maniobra de descarga y acomodo para instalacin de cable de potencia
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torren Coahuila, Gmez Palacio y Lerdo Dgo.
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torren Coahuila, Gmez Palacio y Lerdo Durango
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torren Coahuila, Gmez Palacio y Lerdo Durango
Terminales en Subestacines Tipo Pedestal y SF6
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torren Coahuila, Gmez Palacio y Lerdo Durango
Terminales en SE SF6.
Terminales en Pedestales de S.E.
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torren Coahuila, Gmez Palacio y Lerdo Dgo
Registro de empalmes de cable de potencia
CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Maniobras de descarga de carretes en sitio
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Instalacin de cable de potencia
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Terminales Polimricas para cables de potencia en SE Plaza en Monterrey NL.
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Poste de transicin para cables 115 kV en Monterrey NL
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Terminales en Pedestales en Subestacin Plaza
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Tunel de 250 metros de longitud salidas en SE Tec en Monterrey NL.
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Terminales SF6 en sotano de SE TEC en Monterrey NL.
2006
CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Sistema de transposicin de pantallas en empalmes de cables de potencia
2006
CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Sistema de transposicin de pantallas en empalmes de cables de potencia
PRUEBAS DE CAMPO
Pruebas a cable de 69 kV en Guadalajara, abril 1980
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA 60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Pruebas de campo CA a sistema cable-accesorios con equipo resonante
PERSPECTIVA TECNOLGICA
Cables de Energa para AT Expectativas del usuario: Alta Confiabilidad Larga vida en servicio Alta Seguridad Alta Eficiencia Baja Relacin Costo/Beneficio En armona con la naturaleza.
Aislamiento de espesor reducido Inters creciente en la Industria, desde fines de la dcada de los 80. Permite adelgazar los cables, logrando longitudes de tramo mayores y consecuentemente, economas importantes en el costo de los sistemas: menor cantidad de registros y de empalmes: menores riesgos de falla. Requiere planear la instalacin. Exige controles ms estrictos y gran limpieza en materiales y procesos, durante la fabricacin de los cables. Los cables de EAT con aislamiento extruido se han fabricado con espesores reducidos por ms de 20 aos. En Tensin media, se requiere an observar los resultados de campo antes de generalizar su aplicacin, por el manejo mecnico durante la instalacin.
Conductores de Cu y de Al Los costos de los metales y polmeros han incrementado en forma importante los precios de los cables subterrneos, en los ltimos meses. En estas condiciones el Al resulta una alternativa atractiva. En USA, en MT, las utilities utilizan preferentemente el Al como conductor. En AT y EAT, las preferencias, a escala global, son a favor del Cobre, por ser un metal ms estable y menos sensible a los efectos de la corrosin. Son las particularidades de cada instalacin y las condiciones de mercado, las cuales determinan los precios de los metales, la base para la mejor decisin.
Dos ms conductores en paralelo La decisin de usar dos ms conductores en paralelo uno solo de mayor seccin, es esencialmente de carcter econmico. Influyen la vida econmica del cable, los costos financieros, el incremento de la carga, los costos de la energa, etc. Se deben considerar tambin los costos derivados de la obra civil, los accesorios y las dificultades adicionales en los puntos de conexin del cable a la red. La tendencia que se observa en la industria, es en el sentido de utilizar cada vez secciones de conduccin mayores con el fin de reducir costos del sistema y simplificar su manejo. Un sistema elctrico con mltiples conductores por fase, requiere de un estudio profundo de su configuracin para lograr que la corriente se distribuya uniformemente.
reas de desarrollo Optimizacin en los procesos para lograr Mxima limpieza en el manejo de materiales Mejor control de dimensiones. Concentricidad Superficies entre capas ms tersas
Comportamiento en Incendio Comportamiento en Corto Circuito Sujecin de los componentes del sistema Diseos ptimos de pantalla
Otras reas de desarrollo Cuidados en el proceso de instalacin Tensiones mximas de jalado Presiones laterales
Pruebas despus de instalacin CD, AC, VLF
Diagnstico en campo Mantenimiento
Tendencias Ms transmisin Ms cables de energa con aislamiento extruido Mayores longitudes de circuito Mayor inters en la Administracin de Activos: Supervisin en lnea, Evaluacin, Diagnstico, Mantenimiento, Vida Remanente, Reposicin.
Porqu ms Transmisin? Incremento en el consumo. Incremento en el uso de energas renovables: Hidrulica, Elica, Solar
Mayor efienciencia en el uso de fuentes ya existentes Lejana entre las fuentes y el consumo: China: Three Gorges El Shara: energa solar hacia Europa; Imperial Valey, USA. Plantas Elicas Off-Shore
Los Conductores aislados reeplazan a las lneas areas La opinin pblica generalmente favorece la instalacin de lneas subterrneas. La tecnologa permite lneas de mayor longitud (Compensacin reactiva o HVDC). Los diferenciales en costo ya no siempre significativos.
Mtodos avanzados de manejo, transporte e instalacin En las reas rurales, los medios mecanizados favorecen las instalaciones subterrneas. En las reas urbanas, el uso de estructuras ya existentes, los tneles y los puentes proporcionan formas adicionales de instalacin
Estrategias de administracin de activos Se desarrollan herramientas y procedimientos: Los dueos de las instalaciones desean obtener el mximo por sus inversiones. El mantenimiento es escencial La supervisin en tiempo real del estado del sistema as como la estimacin de su vida remanente adquieren mayor importancia por parte de los dueos de las instalaciones. Sistemas en tiempo real para estimar la capacidad de las lneas Diagnstico in-situ del estado de las lneas.
Otros sistemas HVDC no slo submarinos sino tambin en tierra: los cables con aislamiento extruido son resistentes, ligeros y la elaboracin de sus accesorios es rpida. Menor peso unitario significa mayores longitudes de tramo y menor costo de los accesorios y la obra civil. Sistemas a Gas y Supraconductores, an en etapa de desarrollo inicial.
Ms, hacia el futuro GIL en etapa de pruebas HTSC, en desarrollo. Sistemas a pequea escala. Sistemas de mayor longitud: Compensacin de Reactivos.
EL FUTURO INMEDIATO
Cable de energa XLPE para tensiones mayores de 138 kV
CU 2000 mm2 XLP 230 kV Al PEAD
IEC62067 Type test set up
IEC 62067 Pruebas de Pre Calificacin
Alta Tensin
Hasta 500 kV
Tcnicas tradicionales: Tneles
Cables de AT: Tcnicas innovadoras
MUCHAS GRACIAS!
Fenmeno de la ConduccinTa1
I 2r
Ta 2I = Rcd (1 + Yc )xRca Tc Ta x 10 3 , A
IcTc1
Tc 2
Neher-McGrath, 1957
Intensidad Mxima de corriente admisible: Ampacidad Conductor metlico: Cobre
Polmero Termoplstico Extruido: PVC
Configuracin del campo electrosttico prximo a un conductor sin pantalla de conductor
Configuracin del campo electrosttico prximo a un conductor con pantalla de conductorConductor Semiconductor
Lneas de flujo del Campo Elctrico
Lneas Equipotenciales
Campo Electrosttico de dos conductores aislados prximos, sin pantalla.
Campo Electrosttico de un conductor aislado sobre una charola
Campo Electrosttico de un conductor aislado, con Pantalla
Distribucin de Esfuerzo Elctrico en el Aislamiento del cableS= V D ln x d volts / mm
S = Esfuerzo Elctrico V = Tensin de operacin (v) entre conductor y pantalla x = Distancia medida desde el centro del conductor a un punto cualquiera dentro del aislamiento. d = Dimetro del conductor D = Dimetro sobre el aislamientox Distancia a partir del centro del conductor
O
d 2
D 2