Aumento de la capacidad de conducción de cables de energía en media tensión con un solo extremo de la pantalla conectada a tierra

Ing. Enrique Salazar Jaramillo

Consultoría Enrique Salazar – ensaja50@gmail.com

29 de junio de 2024

Resumen

En las subestaciones de distribución con potencias de transformadores del orden de los 40 MVA, 60/10 kV o 60/22.9 kV, las corrientes secundarias son elevadas. Esto requiere que se utilicen varias ternas por fase de cables unipolares de gran sección (normalmente de 500 mm2). Las tablas técnicas de los fabricantes dan la capacidad de conducción considerando la puesta a tierra de la pantalla conductora en ambos extremos. En este caso, circulan corrientes en ellas, que adicionan calor al que se produce en el conductor propiamente, disminuyendo, por tanto, la capacidad de conducción del cable. Si se conecta a tierra un solo extremo de la pantalla, se aumenta esta capacidad. Sin embargo, este hecho genera tensiones inducidas en el extremo de la pantalla respecto al extremo puesto a tierra. Este método es uno de los propuestos en la Norma IEEE Std 575 IEEE [1].

La viabilidad de utilizar este método en los cables de media tensión dentro de las subestaciones, la da el hecho que las longitudes de los cables entre transformador y la celda principal son cortas (recorrido dentro de la misma subestación). Para el sustento teórico del cálculo, se toma como base, principalmente, la norma IEC 60287 [2][3][4]. Se calcula un caso usando códigos Matlab.

Abstract

In distribution substations with transformer powers of around 40 MVA, 60/10 kV or 60/22.9 kV, secondary currents are high. This requires the use of several triples per phase of large section unipolar cables (normally 500 mm2). The manufacturers' technical tables give the conduction capacity considering the grounding of the conductive screen at both ends. In this case, currents circulate in them, adding heat to that produced in the conductor itself, therefore decreasing the conduction capacity of the cable. Grounding only one end of the screen increases this capacity. However, this fact generates induced voltages at the end of the screen with respect to the grounded end. This method is one of those proposed in IEEE Std 575 IEEE Standard [1].

The feasibility of using this method on medium voltage cables within substations is given by the fact that the lengths of the cables between the transformer and the main cell are short (route within the same substation). For the theoretical support of the calculation, the IEC 60287 standard [2][3][4] is mainly used as a basis. A case is calculated using Matlab codes.

INTRODUCCIÓN

La norma IEEE Std 575 IEEE-2014 contempla métodos especiales de puesta a tierra para las pantallas y fundas. Se dan cinco opciones, en nuestro caso se aplica la primera: puesta tierra de un solo punto, un extremo de la pantalla está conectado a tierra y el otro está aislado, por lo tanto, este adquiere una tensión que aumenta proporcionalmente con la distancia respecto al otro extremo conectado a tierra. Se emplea generalmente hasta longitudes de 2 km [1].

La ventaja de este método es que se consigue un aumento de la capacidad de conducción de los cables. En el presente artículo, se da la base teórica y se calculan las corrientes y caídas de tensión poniendo un caso como ejemplo.

CONCLUSIONES

Los cables de media tensión tendidos entre la salida del transformador y la celda de llegada de las subestaciones de distribución, como por ejemplo 60/10 kV o 60/22.9 kV, se requieren varias ternas para lograr una capacidad de conducción que iguale o supere las corrientes de carga nominales del lado de media tensión del transformador.

Los resultados de los cálculos realizados refuerzan la proposición de utilizar el tendido de cables con las pantallas puestas a tierra en un solo extremo, considerando que, en este caso, se ha obtenido 14% de aumento de capacidad con tensiones inducidas menores de 5V en condiciones normales.

Si bien en el caso analizado se puede ahorrar una terna, sino se logra esto en otros casos, los cables operarán más aliviados para la misma carga y por lo tanto, evitar calentamientos excesivos que disminuyan su vida útil. Cada caso debe analizarse, sin embargo, queda claro en este artículo que habrá un aumento en la capacidad de conducción de los cables y las tensiones inducidas son bastante reducidas.

Es recomendable, aun cuando las tensiones inducidas son reducidas, colocar una señalización indicando que las pantallas no están puestas a tierra en el lado abierto.

Más detalles en el documento adjunto.

https://doc.uni75paime.org/09Capacidad_conduccion_cables.pdf