Post on 08-Apr-2016
CABLES DE ENERGÍA PARA 230 kV CON AISLAMIENTO DE XLPE Y
PANTALLA-CUBIERTA DE ALUMINIO SOLDADO.
Sistemas Cable-Accesorios: Componentes,
Normatividad, Calificación.
6º SYMPOSIO LATINOAMERICANO DE LA ENERGÍA 2011
CABLES DE ENERGÍA
Cable de energía 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 sujeción
Sistema
• Cables + Accesorios
• Compatibilidad
• Década de los Noventa
Terminales Exteriores ABB Kabeldon
ABB KabeldonEmpalme premoldeado
para 245 kV
Etapas en la vida de un conductor eléctrico
• Selección / Diseño• Manufactura. Sistema de Calidad• Pruebas en Fábrica• Transporte, manejo, almacenamiento• Instalación de cable y accesorios• Pruebas de campo• Operación y Mantenimiento• Reposición
Sistemas Subterráneos
• Expectativas del usuario:– Alta Confiabilidad– Larga vida en servicio– Alta Seguridad– Alta Eficiencia– Baja Relación Costo/Beneficio– En armonía con la naturaleza.
RETOS Y PROBLEMÁTICA RECIENTE DE LA INDUSTRIA DE LOS CABLES
• Presencia de Agua• Acción de la Luz solar• Pruebas de campo• Diagnóstico no destructivo en campo• Supervisión en línea• Operación a alta temperatura y gradiente• Limpieza de materiales y procesos• Interfase con los accesorios• Pruebas de Calificación a sistemas en AT y EAT• Técnicas de instalación
Conductores Eléctricos:Evolución y Desarrollo
Los cables de energía, presentes desde los
albores de la electricidad industrial
MANIOBRAS EN FÁBRICA, 1900
Técnicas de Instalación
Técnicas Tradicionales
Técnicas Tradicionales II
Técnicas Tradicionales Trincheras
Técnicas Tradicionales: Túneles
CABLES TIPO PILC
Cables tipo PILC
Trifásico Sectoral
Con Cintura
MonopolarRedondo
Trifásico redondoPantalla individual
3 Monopolares Individuales, Redondos
Cable de Baja Tensión PVC - 1930
EN MÉXICO…
Compañías CablerasPioneras en México
• Pacheco y Compañía (PyCSA)
• La Consolidada
En Monterrey Fines de los 50…
1965 : Nuevas instalaciones para una nueva era:
La de los cables de energía con aislamientos poliméricos extruidos en Tensiones
Superiores
Niveles de Tensión
• Media Tensión (más de 5 y hasta 35 kV):– 5, 15, 25 y 35 kV
– 46 kV
• Alta Tensión (más de 46 y hasta 150 kV): – 69, 115 y 138 kV– 161 kV (170 kV)
• Extra Alta Tensión (más de 150 kV):– 161, 230, 345, 400 y 500 kV
Cable de energía típico década de 1970
Cables de Energía Media Tensión
LA ERA DE LOS CABLES DE ALTA TENSIÓN CON
AISLAMIENTO EXTRUIDOFines de los 70´s
Cables fabricados en México
• Primer proyecto importante: 69 kV en Guadalajara Cable 750 kCM Al. Entra en operación en abril 1980. Actualmente en operación sin fallas.
Pruebas a cable de 69 kV en Guadalajara, abril 1980
INSTALACIÓN DE LA GRAN PLAZA MONTERREY
Cable de Energía XLPE – 69 a 138 kV
LOS 90CONDUCTORES DE
SECCIONES MAYORES:
800 mm2
Cable de 115 kV 800 mm2 Conductor Segmental
Cable de energía de diámetro reducido y con cubierta de Pb-PE
para 138 kV
Diseños de cables con un mejor comportamiento en
presencia de agua
Cable de 115 kV bloqueo radial a base de cintas de Al
LOS TRAMOS LARGOSEl 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
• Excentricidad menor al 5%
CONCENTRICIDAD
PATIO DE ALMACENAMIENTO
2005Cables de Gran SecciónEl Proyecto Noine-I
Degasificación
PROCESO CUBIERTA
NORMATIVIDAD
PRUEBAS EN PLANTA
Media Tensión, hasta 30 ó 35 kV
• NMX J-142• NRF-024-CFE• ICEA - Diversas, según diseño• AEIC CS8• IEC 60502
Alta Tensión, + 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• CIGRÉ• JICABLE
INSTALACIÓN
Cable de energía EAT 230 kV
2002 Proyecto CFE 411 Río Bravo Tamaulipas
8.2 Km Cable 506mm2 138 kV Suministro e Instalación
Maniobras de descarga de carretes Tendido de cable de potencia
Equipo para jalado de cable Preparación puntas cable
2002 Proyecto CFE 411 Río Bravo Tamaulipas
8.2 Km Cable 506mm2 138 kV Suministro e Instalación
Pruebas de recepción
Acomodo de cables en pedestales de S.E.
Personal calificado
2003 Proyecto CFE Tangamanga 3.2 Km Doble Circuito20.9 Km Cal 380 mm2 CU 115 kV Suministro e Instalación Sistema ( CFE SLP)
Maniobras de descarga de carretes Acomodo de maniobra para tendido
Acomodo de rodillos en registro subterráneo Equipo para tendido de cable con medición
2003Proyecto CFE Tangamanga 3.2 Km Doble Circuito20.9 Km Cal 380 mm2 CU 115 kV Suministro e Instalación Sistema ( CFE SLP)
Empalmes para cables de potencia Terminales en poste de transición
Registro de empalmes terminado Personal capacitado
2004 Proyecto CFE Laguna II . Suministro de 190.6 Km Cal 800 mm2 CU 115 kV
Fabricación en tramos de hasta 800 Metros
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torreón Coahui la, Gómez Palacio y Lerdo Durango
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torreón Coahui la, Gómez Palacio y Lerdo Durango
Maniobra de descarga y acomodo para instalación de cable de potencia
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torreón Coahuila, Gómez Palacio y Lerdo Dgo.
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torreón Coahui la, Gómez Palacio y Lerdo Durango
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torreón Coahui la, Gómez Palacio y Lerdo Durango
Terminales en Subestaciónes Tipo Pedestal y SF6
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torreón Coahui la, Gómez Palacio y Lerdo Durango
Terminales en SE SF6. Terminales en Pedestales de S.E.
Proyecto CFE Laguna II . Suministro Torreón Coahuila, Gómez Palacio y Lerdo Dgo
Registro de empalmes de cable de potencia
CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Maniobras de descarga de carretes en sitio
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Instalación de cable de potencia
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Terminales Poliméricas para cables de potencia en SE Plaza en Monterrey NL.
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Poste de transición para cables 115 kV en Monterrey NL
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Terminales en Pedestales en Subestación Plaza
2006CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 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 CHIHUAHUA60.9 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 CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Sistema de transposición de pantallas en empalmes de cables de potencia
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHUA60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
Sistema de transposición de pantallas en empalmes de cables de potencia
PRUEBAS DE CAMPO
Pruebas a cable de 69 kV en Guadalajara, abril 1980
Pruebas de campo CA a sistema cable-accesorios con equipo resonante
2006 CFE Proyecto 803 NOINE Monterrey NL y CHIHUAHU A60.9 Km Cable 2000mm2 CU XLP PEAD IEC 60840
PERSPECTIVA TECNOLÓGICA
Cables de Energía para AT
• Expectativas del usuario:– Alta Confiabilidad– Larga vida en servicio– Alta Seguridad– Alta Eficiencia– Baja Relación Costo/Beneficio– En armonía con la naturaleza.
Aislamiento de espesor reducido• Interés creciente en la Industria, desde fines de l a
década de los 80.• Permite “adelgazar” los cables, logrando longitudes de
tramo mayores y consecuentemente, economías importantes en el costo de los sistemas: menor cantidad de registros y de empalmes: menores riesgo s de falla. Requiere planear la instalación.
• Exige controles más estrictos y gran limpieza en materiales y procesos, durante la fabricación de lo s cables.
• Los cables de EAT con aislamiento extruido se han fabricado con espesores reducidos por más de 20 años.
• En Tensión media, se requiere aún observar los resultados de campo antes de generalizar su aplicación, por el manejo mecánico durante la instalación.
Conductores de Cu y de Al• Los costos de los metales y polímeros han
incrementado en forma importante los precios de los cables subterráneos, en los últimos 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 más estable y menos sensible a los efectos de la corrosión.
• Son las particularidades de cada instalación y las condiciones de mercado, las cuales determinan los precios de los metales, la base para la mejor decisión.
Dos ó más conductores en paralelo• La decisión de usar dos ó más conductores en parale lo ó uno
solo de mayor sección, es esencialmente de carácter económico.
• Influyen la vida económica del cable, los costos fi nancieros, el incremento de la carga, los costos de la energía , etc.
• Se deben considerar también los costos derivados de la obra civil, los accesorios y las dificultades adicionale s en los puntos de conexión del cable a la red.
• La tendencia que se observa en la industria, es en el sentido de utilizar cada vez secciones de conducción mayores con el fin de reducir costos del sistema y simplificar su manejo.
• Un sistema eléctrico con múltiples conductores por fase, requiere de un estudio profundo de su configuración para lograr que la corriente se distribuya uniformemente .
Áreas de desarrollo• Optimización en los procesos para lograr
– Máxima limpieza en el manejo de materiales– Mejor control de dimensiones.
Concentricidad – Superficies entre capas más tersas
• Comportamiento en Incendio• Comportamiento en Corto Circuito• Sujeción de los componentes del sistema• Diseños óptimos de pantalla
Otras áreas de desarrollo
• Cuidados en el proceso de instalación– Tensiones máximas de jalado– Presiones laterales
• Pruebas después de instalación– CD, AC, VLF
• Diagnóstico en campo• Mantenimiento
Tendencias
• Más transmisión• Más cables de energía con aislamiento
extruido• Mayores longitudes de circuito• Mayor interés en la Administración de
Activos: Supervisión en línea, Evaluación, Diagnóstico, Mantenimiento, Vida Remanente, Reposición .
Porqué más Transmisión?• Incremento en el consumo.• Incremento en el uso de energías
renovables:– Hidráulica, Eólica, Solar
• Mayor efienciencia en el uso de fuentes ya existentes
• Lejanía entre las fuentes y el consumo: – China: Three Gorges– El Sáhara: energía solar hacia Europa; Imperial
Valey, USA.– Plantas Eólicas Off-Shore
Los Conductores aislados reeplazana las líneas aéreas
• La opinión pública generalmente favorece la instalación de líneas subterráneas.
• La tecnología permite líneas de mayor longitud (Compensación reactiva o HVDC).
• Los diferenciales en costo ya no siempre significativos.
Métodos avanzados de manejo, transporte e instalación
• En las áreas rurales, los medios mecanizados favorecen las instalaciones subterráneas.
• En las áreas urbanas, el uso de estructuras ya existentes, los túneles y los puentes proporcionan formas adicionales de instalación
Estrategias de administración de activos
• Se desarrollan herramientas y procedimientos:– Los dueños de las instalaciones desean obtener
el máximo por sus inversiones.– El mantenimiento es escencial– La supervisión en tiempo real del estado del
sistema así como la estimación de su vida remanente adquieren mayor importancia por parte de los dueños de las instalaciones.
– Sistemas en tiempo real para estimar la capacidad de las líneas
– Diagnóstico in-situ del estado de las líneas .
Otros sistemas• HVDC no sólo submarinos sino también en
tierra: los cables con aislamiento extruido son resistentes, ligeros y la elaboración de sus accesorios es rápida.
• Menor peso unitario significa mayores longitudes de tramo y menor costo de los accesorios y la obra civil.
• Sistemas a Gas y Supraconductores, aún en etapa de desarrollo inicial .
Más, hacia el futuro
• GIL en etapa de pruebas• HTSC, en desarrollo. Sistemas a
pequeña escala.• Sistemas de mayor longitud:
Compensación de Reactivos.
EL FUTURO INMEDIATO
Cable de energía XLPE para tensiones mayores
de 138 kV
IEC62067 Type test set upCU 2000 mm2 XLP 230 kV Al PEAD
IEC 62067 Pruebas de Pre Calificación
Alta Tensión
Hasta 500 kV
Técnicas tradicionales: Túneles
Cables de AT: Técnicas innovadoras
MUCHAS GRACIAS!
Fenómeno de la Conducción
rI 2
1aT 2aT
1cT 2cT
cI
Polímero Termoplástico Extruido: PVC
Conductor metálico: Cobre
( )IT T
R Y xRx Ac a
cd c ca
=−
+1103 ,
Intensidad Máxima de corriente admisible: Ampacidad
Neher-McGrath, 1957
Configuración del campo electrostático próximo a un conductor sin pantalla de conductor
Configuración del campo electrostático próximo a un conductor con pantalla de conductor
Conductor
LíneasEquipotenciales
Semiconductor
Líneas de flujodel Campo Eléctrico
Campo Electrostático de dos conductores aislados próximos, sin pantalla.
Campo Electrostático de un conductor aislado sobre una charola
Campo Electrostático de un conductor aislado, con Pantalla
mmvoltsd
D
x
VS /ln
=
S = Esfuerzo EléctricoV = Tensión de operación (v)
entre conductor y pantallax = Distancia medida desde el
centro del conductor a unpunto cualquiera dentrodel aislamiento.
d = Diámetro del conductorD = Diámetro sobre el
aislamiento
x Distancia a partir del centro del conductor
O d D2 2
Distribución de Esfuerzo Eléctrico en el Aislamiento del cable