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• Christian Márquez

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TEMA 3 – Diseño de líneas subterráneas en A.T

TEMA 3 – DISEÑO DE SUBTERRÁNEA EN A.T.

UNA

LÍNEA

1.- Generalidades Tras el transporte a través de líneas aéreas de AT desde las centrales productoras, la energía llega a las poblaciones. Allí se distribuye casi exclusivamente mediante líneas subterráneas que serán de media tensión hasta los centros de transformación, y de baja tensión a la salida de los mismos. La utilización de este tipo de instalaciones no sólo se debe a razones de seguridad para las personas, sino que también obedece a criterios estéticos y de aspecto físico de las ciudades. Las líneas de MT subterráneas no aparecen exclusivamente en las ciudades, sino que hay otras situaciones en las que se utiliza este tipo de instalación:


En el recorrido de una línea aérea pueden aparecer obstáculos físicos o condicionantes administrativos que hagan necesario o conveniente el soterramiento de la línea.




En algunas Centrales Hidroeléctricas en caverna se une los transformadores del interior con las líneas aéreas exteriores mediante cables aislados de MT que discurren a lo largo de galerías o pozos.




Las salidas de algunas Centrales Termoeléctricas hasta las líneas aéreas o las subestaciones de distribución se hacen mediante líneas subterráneas cuando atraviesas zonas habitadas.




En algunos complejos industriales no es posible la alimentación mediante líneas aéreas, luego debe recurrirse a redes subterráneas de alta tensión.




En interconexión de algunas subestaciones o al realizar el cierre en anillo.




Por requerimiento de Organismos Oficiales o Particulares que requieren la sustitución de un tramo de línea aérea por uno subterráneo.

Las redes de distribución subterránea tienen un coste mucho más elevado que las líneas aéreas, ya que por un lado el calado de la vía pública para poder alojar las canalizaciones, conductores y señalización de los mismos y por otro el uso de conductores más sofisticados, repercuten considerablemente en el coste de la instalación. Dedicaremos el presente tema al estudio de este tipo de líneas eléctricas abordando aspectos como el tipo de cables empleados y sus campos de aplicación, la tecnología específica que requieren y su disposición en el subsuelo urbano. Por otro lado, veremos la normativa de aplicación en este tipo de instalación y los cálculos necesarios para el dimensionado adecuado.

1.1.1 Normativa de Aplicación Hasta ahora no existía ningún reglamento de líneas subterráneas de media tensión. El nuevo Reglamento de Líneas de Alta Tensión ya las recoge en una Instrucción Técnica específica para éste tipo de líneas: ITC-LAT 06

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Además de éste, existen una serie de normas y directrices que deben ser aplicadas en el diseño y montaje de este tipo de líneas, que son:

ITC-LAT 06 - LÍNEAS SUBTERRÁNEAS CON CABLES

CAMPO DE APLICACIÓN

• CABLES AISLADOS, • TENSIÓN ASIGNADA > = 1 • C.A. TRIFÁSICA A 50 Hz

“…A TODAS LAS LÍNEAS SUBTERRÁN EAS Y A CUALQUIER TIPO DE INSTALACIÓN LAS LÍN EAS AÉREAS…”

• En galerías, • En bandejas en el interior de • en fondos acuáticos, …

•

Normas UNE que regulan los tipos de cables, su designación, la fabricación de cables y accesorios, etc. (introducidas en el RLAT)

•

Normas de las compañías eléctricas debidamente aprobadas por la Administración competente (Proyectos Tipo).

•

Recomendaciones UNESA para la fabricación e instalación de distintos elementos.

•

Disposiciones reglamentarias municipales o locales recogidas en las correspondientes Ordenanzas Municipales.

Tal como aparece en la instrucción de líneas aéreas, para las subterráneas existen también unos valores de tensión normalizados que se emplearán en las líneas subterráneas que coinciden con los correspondientes a las líneas aéreas y son:

* Tensiones de uso preferente en redes de transporte y distribución

Tensión nominal de la red (kV)

Tensión más elevada de la red (kV)

3

3,6

6

7,2

10

12

15

17,5

*

20

24

25

30

30

36

45

52

66*

72,5

110

123

132*

145

150

170

220*

245

400*

420

Categorías según tensión de la red

Tercera Categoría

Segunda Categoría

Primera Categoría

Categoría Especial

Además de la clasificación según la tensión nominal de la línea, las líneas subterráneas se clasifican en tres categorías diferentes que dependen de la duración máxima de un ocasional funcionamiento con una fase a tierra. Éstas son:


Categoría A: Los defectos a tierra se eliminan rápidamente y como máximo en un minuto.




Categoría B: Los defectos a tierra se producen durante un tiempo limitado que no debe superar una hora, aunque podría admitirse un tiempo mayor cuando así lo especifique la norma particular del tipo de cable y accesorios empleados.




Categoría C: Es cualquier red que no sea no categorías A o B.

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ITC-LAT 06 - LÍNEAS SUBTERRÁNEAS CON CABLES AISLADOS

TENSIÓN ASIGNADA (U0/U)

Tensión nominal (Un) CATEGORÍA U0/U

Duración máxima del eventual funcionamiento del sistema con una fase a tierra

En el RLAT se definen igualmente unas tensiones asignadas del cable y sus accesorios, con los que el fabricante deberá designarlos: U0/U Esta tensión asignada se escogerá en función de la tensión nominal de la red (Un), o tensión más elevada de la red (Us), y de la categoría de la red. Tal como se aprecia en la siguiente tabla:

Tensión más elevada de la red (Us)

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1.2 Componentes 1.2.1 Cables Aislados Antes de adentrarnos en este punto distinguiremos entre un conductor y un cable: •

•

Conductor es el elemento metálico encargado de conducir la corriente eléctrica. Puede ser de dos tipos:


Hilo: formado por una sola varilla.




Cuerda: constituido por varios alambres reunidos en forma de hélice formando un único cuerpo.

Cable es el conjunto constituido por una o varios conductores protegidos generalmente por una envoltura que reúna la flexibilidad, resistencia mecánica y rigidez dieléctrica necesarias para el uso a que el cable se destina.

1.2.1.1 Componentes de un Cable Aislado En los cables aislados de cualquier tensión se distinguen básicamente tres elementos: El Conductor

Es el componente fundamental del cable a través del cual circula la corriente eléctrica. Por ello se le exigirá una baja resistividad eléctrica, buenas características mecánicas y alta resistencia a la corrosión. Los materiales más empleados son el cobre recocido y el aluminio semiduro que se disponen en forma de cuerdas que pueden estar constituidas por alambres de forma cilíndrica o de forma sectorial, empleándose las últimas en secciones grandes por el ahorro de espacio que suponen.

Cuerda Circular Compactada

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Cuerda Milliken

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TEMA 3 – Diseño de líneas subterráneas en A.T El Material Aislante

Posibilita el aislamiento eléctrico del conductor en virtud de las buenas características dieléctricas de este material. Se dispone alrededor del conductor cubriéndolo totalmente y con un espesor adecuado a la tensión de servicio del cable, con el fin de que el campo eléctrico al que está sometido el aislamiento sea muy inferior a la tensión de perforación o rigidez dieléctrica del medio. Los materiales aislantes empleados en alta tensión se clasifican en: •

Aislamientos estratificados: Consiste en cintas aislantes aplicadas en hélice a paso muy corto. Se emplean dos tipos:



Cintas de papel impregnadas en aceite. Cintas mixtas impregnadas en aceite.

El aceite puede ser fluido o no migrante. El primero posibilita mayores tensiones de trabajo (hasta 1.100 kV) pero requiere un elevado mantenimiento del sistema de bombeo con pérdidas frecuentes y numerosas averías, por lo que se utiliza más la variante no migrante aunque admita menores tensiones de servicio. •

Aislamiento secos o extrusionados: Se trata de materiales poliméricos sintéticos aplicados mediante un proceso de extrusionado. Se emplean dos tipos distintos:


Termoestables. Son aquellos que, fundiendo las materias primas por acción del calor, se solidifican al sobrepasar una cierta temperatura, quedando con la forma del molde. Tienen la propiedad de no fundirse al calentarlas nuevamente. Los empleados en líneas subterráneas de MT son: • •




Termoplásticos. Tienen la propiedad de ablandarse con el calor y solidificarse al enfriarlos, pudiendo moldearse sin que pierdan sus propiedades. • •

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Goma EPR o Etileno Propileno (150 kV) XLPE o Polietileno Reticulado (220 kV)

PVC o policloruro de vinilo (6 kV) Etileno propileno de alto módulo o HEPR (400 kV)

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TEMA 3 – Diseño de líneas subterráneas en A.T Las Protecciones del Cable

Además del conductor y el aislamiento, la mayoría de los cables disponen de sucesivos elementos cuya misión es proteger el cable contra los distintos tipos de agresiones. Según la naturaleza de la protección que ese elemento procure al cable, se distinguen: Protecciones contra daños de origen eléctrico •

Capas Semiconductoras.

Hay de dos tipos: >

Capa semiconductora interna: Alisa el campo eléctrico más próximo al conductor, haciéndolo perfectamente cilíndrico y evitando así las irregularidades superficiales que introduce el cableado de la cuerda al rellenar adecuadamente los huecos presentes entre los alambres. Por otro lado, impide la ionización del aire comprendido entre el conductor y el aislante (efecto corona). En los cables con aislamiento de papel impregnado se consigue el mismo efecto colocando sobre la cuerda conductora una cinta de papel de carbón.

>

Capa semiconductora externa: tiene una función similar a la de la capa semiconductora interna pero en la parte exterior del aislamiento, manteniéndose en íntimo contacto con éste y evitando la presencia de vacíos en tensión entre los elementos de la pantalla y el aislamiento. Por estar en contacto con la pantalla, se mantiene a la tensión de tierra. En los cables unipolares aislados con papel impregnado esta función la efectúa el tubo de plomo. •

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Pantallas o blindajes. Son elementos metálicos con funciones de protección eléctrica constituida por una corona de alambres normalmente de cobre o por una envoltura metálica estanca que haría a la vez las funciones de armadura. Pueden desempeñar distintas funciones: >

Dar forma cilíndrica al campo eléctrico que rodea un conductor en cables de MT y AT, logrando una distribución simétrica del esfuerzo eléctrico.

>

Confinar el campo eléctrico en el interior del cable.

>

Limitar la influencia mutua entre cables eléctricos.

>

Evitar, o al menos reducir, el peligro de electrocuciones. DID - M. Fuster

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Protecciones contra daños de origen mecánico •

Armaduras. Son elementos metálicos cuya función característica es la protección mecánica. Pueden diseñarse para proteger al cable contra esfuerzos cortantes, de tracción, contra roedores, etc.

•

Cubiertas. Son aquellos elementos de protección no metálicos que preservan al cable contra agentes dañinos exteriores: químicos, biológicos, atmosféricos, abrasivos, etc., o que mejoran determinadas características internas para satisfacer mejor sus prestaciones: materiales de relleno, barreras antillama en los cables resistentes al fuego, etc. Los materiales empleados son: >

>

Termoplásticos:


PVC




Polietileno termoplástico




Poliolefinas

Termoestables


Policloropreno (Neopreno)




Polietileno clorosulfonado (hypalón)

1.2.1.2 Clasificación de los Cables de MT Según su Configuración

Atendiendo a este criterio de clasificación tendremos:

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•

Cable Unipolar. Está constituido por solo conductor, que casi siempre es de sección circular, además de los aislamientos y protecciones necesarias para cada aplicación. Su utilización se ha ido extendiendo conforme ha aumentado la potencia demandada y su aplicación en una determinada circunstancia en competencia con los cables multipolares obedecerá a criterios de economía, capacidad de transporte y gastos de instalación.

•

Cable multipolar. Está formado por dos o más conductores, bien sean de fases, neutro, protección o de señalización. Cada uno de ellos dispone de su propio aislamiento y el conjunto se completa con una envolvente aislante, pantalla, recubrimiento contra la corrosión y efectos químicos, etc., común.

Según el Campo Eléctrico

Las líneas de campo electrostático de un conductor unipolar tienen una forma radial, es decir, a una distancia fija del centro del cable el campo es idéntico en todos los puntos. Con campos de estas características, los esfuerzos eléctricos que soportan los aislamientos son idénticos en todos los puntos, sin desequilibrios. En el cable tripolar las líneas de fuerza ya no siguen trayectorias radiales, debido a que los potenciales existentes en el espacio entre los conductores y el exterior no son simultáneamente iguales. Así, distinguiremos dos tipos de cables tripolares:

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•

Cables de campo no radial. El campo eléctrico en la masa del aislamiento no es radial, ya que, además del campo debido a su propio conductor, inciden los campos de las otras dos fases. Esta forma de trabajo no favorece al aislamiento.

•

Cables de campo radial. Cuando cada una de las fases que constituyen el cable posee una pantalla independiente, se consigue confinar el campo de cada uno de los conductores a su propio aislamiento, lográndose un campo radial.

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1.2.1.3 Designación de los Cables de MT Como ya hemos visto, los cables aislados son sistemas complejos que comprenden diferentes elementos. Para identificar todas las variantes posibles existe una nomenclatura normalizada que permite su designación de forma estandarizada, facilitando la relación biunívoca entre el cable y su nombre, por encima de las denominaciones comerciales propias de cada fabricante. Son dos las normas que rigen esta denominación: •

UNE 21024. Se aplica a cables aislados con papel impregnado de mezcla no migrante y tensiones nominales comprendidas entre 1,8/3 y 26/45 kV.

•

UNE 21123. Válida para cables de transporte de energía con aislantes secos para tensiones nominales de 1 kV a 30 kV.

Las denominaciones se desglosan en los siguientes elementos: -

La palabra UNE para identificar que se trata de una designación normalizada.

-

El tipo constructivo del cable expresado mediante un grupo de letras referentes a los diferentes elementos que lo integran.

-

La tensión nominal para la cual ha sido construida el cable, expresada en KV e incluyendo los valores U0 y U.

-

El número, la sección nominal y la forma y naturaleza de los conductores.

1.2.2 Accesorios Loa accesorios empleados en las terminaciones y los empalmes de los cables aislados forman parte del propio sistema de transporte por lo que deben diseñarse para que cumplan con los mismos requisitos que el cable, es más, los márgenes de seguridad deben ser mayores ya que son elementos sometidos a manipulaciones. El RLAT establece que deben ser adecuados a la naturaleza, composición y sección de los cables, además de no aumentar la resistencia eléctrica del sistema. Existen básicamente dos tipos de accesorios:

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•

Terminales: son los elementos imprescindibles de la línea de distribución que se disponen en sus extremos. Unen tanto la línea aérea predecesora con la línea subterránea, como el cable aislado con el transformador de distribución.

•

Empalmes: es la unión de dos conductores con el objeto de dar continuidad eléctrica y mecánica al sistema. Se emplean cuando la línea tiene una longitud elevada o se ha producido una rotura del cable durante su tendido.

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1.2.2.1 Terminales Colocados en los extremos del cable, los terminales deben cumplir los siguientes requisitos: -

Separar físicamente el conductor de su pantalla metálica.

-

Disponer de una línea de fuga adecuada según el nivel de polución y otras condiciones ambientales del lugar donde se instalan.

-

Mantener la estanqueidad tanto del interior al exterior del cable como en sentido contrario.

Los terminales se clasifican según su lugar de colocación en de interior y de exterior, y según el número de conexiones en unipolares y tripolares. Al último tipo se le denomina en el argot eléctrico como botella terminal.

TERMINAL DE INTERIOR

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TERMINAL DE EXTERIOR

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TEMA 3 – Diseño de líneas subterráneas en A.T Terminales de Exterior

Se emplea para enlazar líneas subterráneas con líneas aéreas y se ubica en los apoyos de entronque o fin de línea. Su principal reto es impedir que la humedad penetre en el sistema y entre en contacto con los conductores. Por eso deben ir debidamente sellados y dotados de aletas para aumentar la línea de fuga del sistema. Se fabrican en distintos materiales: •

Porcelana: se trata de un material utilizado durante muchos años con resultados satisfactorios, luego se emplea en los terminales de cables con tensión superior a 66 kV. Es también el que más se utiliza con cables de papel impregnado en aceite.

•

Terminales elásticos: Son materiales plásticos con propiedades elásticas que con un número reducido de tallas se adaptan a toda la gama de secciones de cables de MT. El más empleado es el caucho de silicona. Existen dos variantes:


Materiales termorretráctiles: el material plástico de características adecuadas se retícula, posteriormente se expande a una cierta temperatura y, por último, se enfría conservando la deformación. Este elemento posee una memoria elástica de manera que recobra su forma original cuando es calentado mediante un soplete.




Materiales retráctiles en frío: se utiliza un material elastomérico pretensado que mantiene su deformación gracias a un elemento auxiliar que es eliminado durante el montaje, logrando con ello la contracción del material plástico y su ajuste al cable. Por su comodidad de instalación, ha ido reemplazando al anterior.

Terminales de Interior

Los encontramos fundamentalmente en los Centros de Transformación donde la línea subterránea acomete a las celdas del transformador. Las tecnologías de fabricación son las mismas que para el caso de terminales de exterior pero no lo es su forma constructiva. Exteriormente se distinguen de los anteriores por tener una menor línea de fuga, además de poderse presentar la modalidad de terminales enchufables.

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1.2.2.2 Empalmes El empalme es el accesorio que conecta dos tramos de una línea subterránea. En la unión de cables aislados debe garantizarse la continuidad de todos los elementos que constituyen el cable: el conductor, la pantalla, el aislante, la cubierta, etc. La unión del conductor se realiza mediante manguitos o elementos metálicos que alojan los dos conductores y que constituyen el cuerpo del empalme.

El resto de elementos se unen a través de accesorios en su mayoría retráctiles de forma tubular que se colocan concéntricos al manguito.

Tecnología retráctil en frío

Tecnología Termoretráctil

1.2.2.3 Derivaciones Cuando se quiere empalmar una línea secundaria a otra principal se debe realizar una derivación empleando accesorios adecuados que permitan la ramificación de la línea al mismo tiempo que aseguren la continuidad eléctrica y mecánica del sistema. Tecnológicamente son similares a los empalmes con la salvedad de que en la mayoría de los casos los cables derivados son de menor sección que los de la línea principal, por lo que ha de preverse este cambio de sección en la interconexión de los conductores.

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1.2.3 Propiedades y Aplicaciones de los Distintos Cables Aislados 1.2.3.1 Cables Aislados con Papel Impregnado El uso de este tipo de aislante en los cables de AT se remonta al siglo XIX, y continúa utilizándose en la actualidad debido a sus magníficas propiedades dieléctricas. La tendencia actual es eliminarlo paulatinamente aunque aún se emplea en las tensiones más elevadas especialmente en su variante de aceite fluido. La envoltura aislante que rodea al conductor está formada por varias capas de papel especial sometidas a una operación previa de secamiento y a otra de impregnación al vacío. El papel empleado es de celulosa pura, la cual ha de contener la menor cantidad posible de sales ionizables. Por otro lado, la mezcla de impregnación está compuesta por aceites minerales y materias resinosas de gran rigidez dieléctrica, además de una cierta cantidad de ceras minerales que restan fluidez al conjunto. Los conductores de este tipo de cables son cuerdas de cobre o de aluminio, generalmente compactadas ya sean de sección circular o sectoral. La elevada resistencia al envejecimiento y a la ionización de este tipo de cables, y su resistencia intrínseca a la humedad por lo inevitable de la presencia de la cubierta de plomo, le convierten en el cable de más dilatada vida útil. Sin embargo, precisamente por el tubo de plomo lo desaconsejan en aquellas instalaciones donde se prevea la necesidad de modificar en un futuro próximo el itinerario del tendido. Se trata del cable idóneo para la red subterránea de media o alta tensión de distribución de una ciudad, ya que su escaso índice de averías reduce al mínimo las impopulares zanjas de las reparaciones en la vía pública, al tiempo que mantiene en niveles muy confortables la regularidad del servicio. No obstante, las mejoras continuas introducidas en la fabricación de cables con aislamientos secos hacen que vayan siendo remplazados por estos.

1.2.3.2 Cables Aislados con Polietileno Reticulado (XLPE) El polietileno sin reticular posee una excelentes propiedades eléctricas, pero presenta serios inconvenientes debido a su baja resistencia a la ionización, su sensibilidad a la acción de la humedad en terrenos contaminados que limita su aplicación en instalaciones subterráneas, y su termoplasticidad que obliga a fijar temperaturas máximas de servicio y de cortocircuito muy bajas. Sin embargo, tras la reticulación química de ese material adquiere una excelente estabilidad térmica, soportando temperaturas de trabajo del conductor de hasta 90 ºC. El punto más débil de este aislamiento sigue siendo su relativa baja resistencia a la ionización en presencia de la humedad, fenómeno conocido como Water treeing (arborescencia húmedas), lo que obliga a tomar precauciones especiales. En primer lugar se dotan de una cubierta de alta impermeabilidad y elevada resistencia a los desgarres y cortes, además se DID

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emplean cintas absorbentes o polvos higroscópicos que colocados encima y/o debajo de la pantalla de hilos de cobre producen un efecto barrera al paso del agua entre la cubierta y la capa semiconductora externa; por último, todos los intersticios del conductor se rellenan con un compuesto absorbente de humedad que actúa como papón en caso de contacto con el agua y evitan su propagación transversal. En definitiva, se trata de un cable de características muy notables tanto de pérdidas en el dieléctrico, resistividad térmica y eléctrica como rigidez dieléctrica. Sus limitaciones más importantes son la aparición de arborescencias en presencia de humedad, por lo que se desaconseja su empleo en tendidos subterráneos en suelos con presencia de humedad y su rigidez que dificulta su instalación en recorridos muy sinuosos.

Se trata de un cable idóneo por su ligereza de peso y reducido diámetro para instalaciones industriales en el interior de fábricas, en galerías, grapado en túneles, etc.

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1.2.3.3 Cables Aislados con Goma Etileno-Propileno (EPR y HEPR) El desarrollo de este material fue posterior al XLPE y, manteniendo las ventajas de la termoestabilidad del anterior, aportó una mayor resistencia a la humedad hasta el punto de que se emplea en la fabricación de cables submarinos, en los que el aislamiento está en contacto directo con el agua de mar sin protección adicional alguna. Otra de las mejoras introducidas fue su resistencia al efecto corona, por lo que se puede decir que el EPR es el mejor aislamiento seco conocido hasta el momento.

Su punto débil reside en un factor de pérdidas en el dieléctrico ligeramente mayor que el del XLPE y, sobre todo, una mayor resistencia térmica, lo que reduce la intensidad máxima admisible en servicio permanente (un 5% inferiror a la del XLPE).

Como ya se ha indicado anteriormente, se trata de un material que resiste perfectamente la acción de la humedad, y además posee la estructura de una goma. Es idóneo para instalaciones subterráneas en suelos húmedos, instalaciones en las que el recorrido es muy sinuoso o donde se prevea un próximo cambio de recorrido. La variante de Etileno-Propileno de alto módulo (HEPR) permite aumentar las temperaturas de servicio del cable por su mayor resistencia al envejecimiento térmico y, por tanto, lograr mayores intensidades admisibles para las mismas secciones del conductor.

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1.3 Formas de Instalación de las Líneas Subterráneas Todas las redes subterráneas tienen en común que, por razones de economía y simplicidad, deben tener trazados lo más cortos y rectilíneo posibles, respetando siempre los radios de curvatura admisibles para cada tipo de conductor. En zonas urbanas deberán discurrir preferiblemente bajo aceras y a ser posible paralelos a las líneas de las fachadas de los edificios.

En cuanto a la forma en que los cables se colocarán en el subsuelo, se tienen las siguientes posibilidades: FORMAS DE INSTALACIÓN

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Directamente enterrados




Enterrados bajo tubo




En galerías

•

Visitables

•

Registrables




En Atarjeas o canales revisables




En bandejas, soportes, palomillas o directamente sobre pared




En fondos acuáticos




Conversiones aéreo-subterráneas

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1.3.1 Enterrados Directamente en el Terreno Los cables se colocan en el interior de la zanja directamente en contacto con el terreno. Para evitar que la cubierta del cable sufra daños en su tendido, se coloca un lecho de un mínimo de 5 cm de espesor de arena de río o tierra cribada, totalmente desprovista de piedras que pudieran rasgar la cubierta. Con ese mismo material se cubren los cables con un espesor mínimo de 10 cm. A continuación, para proteger el cable frente a excavaciones hechas por terceros se coloca una capa de ladrillos, placas de hormigón o cualquier otro material con suficiente resistencia mecánica. Después se rellena la zanja con el propio material que se extrajo en la excavación y se compacta. Próxima a la superficie, se dispone una cinta de señalización que advierte de la presencia de un cable eléctrico de alta tensión. El RLAT no establece las dimensiones de cada una de las partes de la instalación aunque si fija una profundidad de enterramiento mínima desde la parte inferior del cable más próximo a la superficie que es de: •

60 cm en acera o tierra

•

80 cm en calzada

1.3.2 En canalización entubada Los cables de media tensión se tienden en el interior de un tubo ubicado en el fondo de una zanja. Con ello se evita el uso de arena de río así como de protecciones mecánicas ya que el tubo realiza esta función, aunque si es preceptiva la cinta de señalización. Este sistema tiene la ventaja respecto al anterior de que la reparación de averías resulta más fácil y económica.

Según el RLAT, la profundidad mínima de la parte inferior del tubo a la superficie ha de ser de 0,6 m en acera y 0,8 m en calzada.

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Los tubos empleados tienen elevada resistencia mecánica, su interior es liso para no dañar la cubierta de los cables en su instalación y pueden ser de materiales tan diversos como cemento y derivados, metálicos, plásticos, etc. Su diámetro será al menos 1,5 veces el diámetro exterior del cable multipolar o el diámetro aparente del sistema constituido por cables unipolares. Cada cable multipolar o terna de cables unipolares dispondrá de su tubo independiente y si se instalase cada cable unipolar en un tubo, este no podrá ser de material ferromagnético ya que se producirían en su seno inducciones magnéticas ocasionadas por el paso de la corriente eléctrica.

Cuando la instalación subterránea cruza una calzada, para protegerla frente a las vibraciones ocasionadas por el tráfico rodado, se hormigonea la parte inferior de la zanja recubriendo la totalidad del tubo.

En este tipo de instalaciones es preciso disponer de arquetas de registro que consisten en pozos construidos con ladrillo u hormigón normalmente y que son atravesados por el tubo. Estos elementos disponen de tapas que pueden ser retiradas para que los operarios realicen operaciones de montaje, empalmes, derivaciones, reposiciones o reparaciones.

Las arquetas se suelen colocar en los puntos donde se produzcan cambios de dirección para facilitar el montaje, lo mismo que sucede en tramos rectos donde se instalarán al menos cada 40 m.

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1.3.3 En Galerías Las galerías constituyen largos pasillos subterráneos que se ubican en el subsuelo de las ciudades. Tienen la ventaja respecto a otros sistemas de instalación subterránea la posibilidad de albergar distintas instalaciones y sus posibles ampliaciones futuras, su gran capacidad y la facilidad con la que se realiza el mantenimiento y la reparación de averías. Por el contrario, resultan mucho más gravosas desde el punto de vista económico.

Existen dos tipos de galerías: •

Galerías visitables: en las que se prevé el tránsito de personal, normalmente cualificado, para las operaciones de mantenimiento y reparación. Este hecho debe estar previsto tanto en las dimensiones como en sus condiciones de seguridad y salubridad.

•

Galerías registrables: sus dimensiones no permiten la circulación de personas aunque están dotadas de tapas de registro manipulables con medios mecánicos para la realización de reparaciones y reposiciones.

Las galerías se construyen con materiales de elevada resistencia mecánica pues deben soportar tanto la carga de tierras y pavimentos que hay sobre ellas como las vibraciones y sobrecargas ocasionadas por el tráfico. El RLAT establece las condiciones que deben reunir ambos tipos de galerías.

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1.3.4 En Atarjeas o Canales Revisables Las atarjeas consisten en pequeños canales que se construyen a ras del suelo. Se diferencian del las galerías registrables en cuanto a sus dimensiones, mucho más reducidas, y en que las tapas que protegen a los cables pueden ser retiradas manualmente, sin necesidad de herramientas específicas. Esta forma de instalación de las líneas subterráneas de MT está limitada a zonas de acceso restringido como puede ser en el interior de industrias o en centrales eléctricas, subestaciones, etc.

1.3.5 En bandejas, soportes, palomillas o directamente sujetos a la pared En algunos casos muy particulares como en subestaciones, centrales eléctricas u otro tipo de instalaciones eléctricas y en el interior de edificios de tipo industrial o comercial que se acometan el alta tensión, siempre que el acceso al recorrido esté restringido a personal autorizado, las líneas eléctricas de distribución en alta tensión mediante cables aislados podrán instalarse en bandejas, soportes, palomillas o directamente sujetos a la pared. Esto abarata costes tanto de instalación como de mantenimiento, localización de averías y reparación.

PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS INDIRECTOS

• Todos los elementos metálicos se conectarán

En locales frecuentados por personal no autorizado se podrá utilizar como sistema de instalación las bandejas, tubos o canales, siempre que la tapa pueda abrirse solo con útil. Las bandejas deberán instalarse a una altura mínima de 4 m.

a la red de tierras de la instalación.

• Las canalizaciones conductoras se conectarán a tierra cada 10 m como máximo.

En esta forma de instalación, los cables están debidamente señalizado y, si fuera preciso, dispondrán de protecciones mecánicas.

Locales con personal NO autorizado: • Bandejas con tapa que se abre con útil. • Adosadas a pared a >4m de altura

1.3.6 En los Fondos Acuáticos

Se considera red subterránea y por tanto su cálculo se realiza como tal, aquellas que discurren en fondos acuáticos como mares, lagos, ríos, etc. Esta modalidad de instalación requiere unas consideraciones de diseño específicas como el tener en cuenta las mareas y corrientes a las que puede estar sometido el cable, especialmente en la zona de transición, la posibilidad de que el cable pueda ser afectado por algún elemento de arrastre de las embarcaciones, etc.

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1.3.7 Conversiones aéreo-subterráneas

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1.3.8 Puesta a Tierra de las Líneas Subterráneas Las pantallas metálicas e los cables subterráneos deben conectarse a tierra al menos en un de sus extremos, aunque es preferible que la conexión se realice por ambos lados. Sí solo se conectase por una parte, debe comprobarse que las tensiones producidas por una falta a tierra o por inducción no son peligrosas, es decir, no superan los valores dados en la ITC-LAT-07 en función de la duración de la falta (Tabla 18 - Apartado 7.3.4.1.). En el caso de galerías visitables, se dispondrá de una red de tierras única a lo largo de toda la galería a la que se conectarán todos los elementos metálicos para la sujeción de los cables o cualquier otro elemento metálico accesible al personal, además de las pantallas metálicas de los cables.

1.3.9 Cruzamientos, proximidades y paralelismos La interacción entre las líneas eléctricas subterráneas de alta tensión y otros servicios tales como canalizaciones de agua, gas, otros conductores eléctricos, carreteras, vías, etc. Deberá cumplir una serie de condiciones que prevengan las posibles situaciones de riesgo de accidente que dicha interacción pudiera producir. Según el RD 1955/2000, de 1 de diciembre, se prohíbe la plantación de árboles o la construcción de edificios e instalaciones industriales en la franja definida por la zanja de una línea subterránea directamente enterrada en el terreno.

El reglamento permite la utilización de “topos” o sistemas similares, para la realización de cruce en las que no sea posible o suponga un gran inconveniente la apertura de zanja.

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En la siguiente tabla se resume las principales condiciones que indica el reglamento que se ha de cumplir en cada una de las situaciones:

Cruzamientos Calles y carreteras

• Canalizaciones entubadas y hormigonadas. • Profundidad >= 60 cm tubo superior. • Cruce perpendicular al eje del vial.

Ferrocarriles

• Canalizaciones entubadas y hormigonadas. • Profundidad >= 110 cm tubo superior. • Rebasarán 1,5 m por cada parte. • Cruce perpendicular a la vía. Cables de BT arriba. Distancia >= 25 cm Distancia de cruce a empalme >= 1m Si distancia inferior, bajo tubo.

• Distancia >= 25 cm • Si distancia inferior, elemento divisorio.

Cables de telecomunicaciones

• Distancia >= 20 cm • Distancia de cruce a empalme >= 1m • Si distancia inferior, bajo tubo.

• Distancia >= 20 cm • Si distancia inferior, bajo tubo.

Conducción de agua

• No cruces con las juntas de las canalizaciones de agua. • Distancia >= 2 cm • Distancia de cruce a empalme >= 1m • Si distancia inferior, bajo tubo.

• Distancia >= 20cm • Distancia de junta de canalización a empalme >= 1m • Si distancia inferior, bajo tubo.

• Distancia mínimas según tabla 3 • Si distancia inferior, protección suplementaria según tabla.

• Distancia mínimas según tabla 4 • Si distancia inferior, protección suplementaria según tabla.

Otros cables de energía eléctrica

Conducción de gas

DID

• • • •

Proximidades y Paralelismos

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1.4 Cálculo de la Sección del Conductor en Líneas Subterráneas La selección de la sección del conductor de un cable de una línea subterránea de MT se realiza de acuerdo con los siguientes criterios: •

La tensión de la red y el régimen de explotación.

•

La intensidad que debe circular.

•

La caída de tensión que se produce.

•

La intensidad producida en un cortocircuito

El procedimiento de cálculo se sintetiza en el siguiente esquema:

Elección del Nivel de Aislamiento

Cálculo por Intensidad Admisible

Cálculo por Caída de Tensión

Cálculo por Intensidad de Cortocircuito

Elección de la mayor de los tres criterios

1.4.1 Tensión de la Línea y Régimen de Explotación Las redes subterráneas de MT pueden soportar una gran variedad de tensiones que van desde los 3 kV a los 400 kV. El valor de la tensión nominal de la línea condicionará el espesor del aislante que se clasifican según los valores U0/U, pero además también dependerá del sistema de protección a tierra existente. Así, para elegir el cable se partirán de los siguientes datos: •

Tensión nominal de la red

•

Categoría de la red

Con esos datos se empleará la Tabla 2 de la ITC-LAT-06 y se determinarán los valores: •

U0/U

•

Up (Valor de cresta de la tensión soportada a impulsos tipo rayo aplicada entre cada conductor y la pantalla o la cubierta para el que se ha diseñado el cable o los accesorios.

Esta operación es previa a cualquier otro dimensionamiento de la sección del conductor.

1.4.2 Cálculo de la Sección por Intensidad Admisible Dado que existe un límite de la temperatura de los aislamientos que no debe sobrepasarse sí se quiere preservar sus propiedades dieléctricas, mecánicas o químicas a lo largo del tiempo y, dado que la circulación de corriente eléctrica a través de los conductores produce un calentamiento del Página 24

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medio, el proyectista deberá calcular las intensidades máximas según la Norma UNE 21144 o consultar la Norma UNE 20435 que se encuentren en vigor. En su defecto, y solo para una tensión de aislamiento de 18/30 kV, existen tablas de Intensidades Máximas Admisibles para distintos tipos de cables y sistemas de instalación recogidos en la ITCLAT-06. Estas son:

Sistema de instalación Directamente enterrados Enterrados bajo tubo*

Al aire

Condiciones ambientales

Hasta tensión de aislamiento de 18/30 kV: un cable tripolar o terno de cables unipolares enterrados toda su longitud a 1 m de profundidad, en un terreno de resistividad térmica de 1,5 K⋅m/W y temperatura del terreno de 25 ºC. y una temperatura ambiente de 40 ºC

Material

Tensión de

Aislamient o

aislamien to

Tabla ITC-LAT 06 Tabla 6

Cu/Al

18/30 kV

EPR/XLPE/ HEPR

Tabla 12

Tabla 13

* Para longitudes mayores de 15 m. Para longitudes inferiores se aplicará la tabla 6 Sí las condiciones fuesen diferentes (otra temperatura, presencia de otros cables, otra profundidad, etc.) las tablas del reglamento no serían de aplicación tal y como se presentan. Puesto que sería inmanejable disponer de tablas específicas para todas las combinaciones posibles, lo que se hace es utilizar las tablas confeccionadas para las condiciones estándar y obtener la intensidad admisible para una situación diferente aplicando un Factor de Corrección:

I 'Adm = I Adm ⋅ Fc

Donde:

I 'Adm →

Intensidad máxima admisible en las circunstancias actuales

I Adm →

Intensidad máxima admisible en las condiciones estándar

Fc

→

Factor de corrección para esa situación

Para distintas condiciones de las indicadas, el reglamento establece unos factores de corrección que modifican las intensidades admisibles. Estos son:

DID

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Aplicados sobre:

Factor de corrección

Tabla a aplicar

Instalación enterrados Tablas 6 y 12

Temperatura del terreno distinta de 25 ºC Resistividad térmica del terreno distinta de 1.5 K.m/W Agrupación. Distancia entre ternos o cables tripolares Profundidad de instalación distinta a 1 m Temperatura ambiente del aire distinta de 40 ºC Agrupamiento de cables Expuesto directamente al sol

Tabla 7 Tabla 8

Instalados al aire Tabla 13

Tabla 10 Tabla 11 Tabla 14 Tablas 15 a 24 0,9

El primer paso en el cálculo de la sección por este criterio consiste en identificar la tabla de aplicación. Una vez determinada, la sección mínima que se podrá escoger será aquella que cumpla que:

I ADM ≥ I TRANS donde: IADM

→ Intensidad máxima admisible del conductor

ITRANS → Intensidad transportada por la línea

1.4.3 Cálculo de la Sección por Caída de Tensión Al igual que en las líneas aéreas, en las redes subterráneas de MT existe un límite a la caída de tensión que puede producirse a lo largo de su longitud. Ese valor deberá ser un dato proporcionado por la compañía suministradora de energía y se expresará como un tanto por cien. Como la separación entre conductores es muy pequeña con relación al diámetro, es posible despreciar los efectos inductivos de la línea y su repercusión en la caída de tensión. Con ello, existe una expresión aproximada de la sección por caída de tensión en una línea trifásica que es:

s=

P ⋅ L ⋅ ρθ ∆V ⋅ V

Donde:

P → Potencia activa de la línea en W L → Longitud de la línea en m ρθ → Resistividad del conductor a la máxima temperatura de servicio en Ω⋅mm2/m ∆V→ caída de tención absoluta producida en la línea V → Tensión nominal de la línea en V

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Del valor obtenido con la fórmula se redondea a la sección normalizada superior. Las máximas temperaturas de servicio dependen de los tipos aislamientos y sus valores son: Condiciones Tipo de Aislamiento

Para

Servicio Permanente

Cortocircuito

s ≤ 300 mm2

70 ºC

160 ºC

S > 300 mm2

70 ºC

140 ºC

Polietileno Reticulado (XLPE)

90 ºC

250 ºC

Etileno Propileno (EPR)

90 ºC

250 ºC

U0/U ≤ 18/30 kV

105 ºC

250 ºC

U0/U > 18/30 kV

90 ºC

250 ºC

Hasta 12/20 kV

80 ºC

170 ºC

De 15/25 a 18/30 kV

80 ºC

150 ºC

26/45 kV

70 ºC

150 ºC

36/66 kV

65 ºC

150 ºC

Policloruro de Vinilo (PVC)

Etileno Propileno alto módulo (HEPR) Papel impregnado en aceite con mezcla no migrante

determinar los valores de la resistividad a la máxima temperatura de servicio, partimos de los datos de la siguiente tabla:

Material

α (ºC-1)

ρ90 ρ105 ρ20 ρ65 ρ70 ρ80 2 2 2 2 2 Ω·mm /m) (Ω Ω·mm2/m) (Ω Ω·mm /m) (Ω Ω·mm /m) (Ω Ω·mm /m) (Ω Ω·mm /m) (Ω

Cu

0,00393

0,0172414

0,02029

0,02063

0,02131

0,02198

0,02300

Al

0,00403

0,0285714

0,03375

0,03433

0,03548

0,03663

0,03836

La resistividad a cualquier temperatura se puede estimar como:

ρθ = ρ 20 ºC ⋅ (1 + α ⋅ (θ − 20)) Donde:

ρθ → Resistividad del conductor a la temperatura θ en Ω⋅mm2/m ρ20ºC → Resistividad del conductor a 20 ºC en Ω⋅mm2/m α θ DID

→ Coeficiente de variación de la resistividad del material con la temperatura en ºC-1 → Temperatura a la que se quiere determinar la resistividad en ºC Página 27

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1.4.3.1 Iteración Al suponer que el cable está a su máxima temperatura de servicio cuando se determina la sección por caída de tensión, se está haciendo una aproximación conservadora, es decir, por el lado de la seguridad. En la mayoría de las ocasiones el cable estará trabajando a una temperatura inferior y su valor máximo sólo lo alcanzará cuando circule la máxima intensidad admisible. En la mayoría de las ocasiones, este hecho no tiene gran importancia porque la sección calculada se redondea a la normalizada superior. Pero hay situaciones en las que esta aproximación conservadora nos puede llevar a escoger una sección superior a la necesaria, que son cuando concurren las siguientes circunstancias: •

La sección obtenida por caída de tensión excede ligeramente un valor normalizado.

•

El criterio de caída de tensión prevalece por el criterio de intensidad admisible

En estos casos debe hacerse un cálculo iterativo para ver si resultaría válida la sección normalizada que se está excediendo. El procedimiento de iteración es el siguiente: 1. Se determina la temperatura real del conductor El cable trabajará a una temperatura inferior a la máxima de servicio que se determina mediante la expresión:

 I TR =   I max

2

  ⋅ (Tmax − T0 ) + T0 

Donde:

TR → Temperatura real del conductor para la sección considerada en ºC I → Intensidad que circula por el conductor en A Imax → Intensidad máxima admisible de la sección del conductor considerada en A Tmax → Temperatura máxima de servicio permanente del cable en ºC (65, 70, 80, 90 ó 105 ºC) T0 → Temperatura ambiente de la instalación en ºC. Si se corresponde con condiciones estándar: • 25 ºC para instalación enterrada • 40 ºC para instalación al aire

2. Se determina la resistividad del conductor a esa temperatura TR La fórmula de aplicación es la de variación de la resistividad con la temperatura, ya vista anteriormente.

ρ T = ρ 20 ºC ⋅ (1 + α ⋅ (TR − 20)) R

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3. Se calcula la sección por cdt con esa resistividad Se trata de aplicar el valor determinado en el paso anterior a la fórmula de P ⋅ L ⋅ ρ TR cálculo de la sección por cdt: s=

∆V ⋅ V

Si con esta iteración se obtiene un valor inferior a la sección normalizada considerada, dicha sección cumplirá con el criterio reglamentario de caída de tensión. En caso contrario deberemos emplear la sección normalizada superior.

1.4.4 Cálculo de la Sección por Intensidad de Cortocircuito Los cables aislados deben tener dimensiones suficientes para soportar sin deteriorarse los esfuerzos térmicos a los que queda sometido cuando se produce un cortocircuito accidental durante el tiempo que transcurre hasta que actúa la protección. La capacidad de resistir sobrecalentamientos breves depende de la sección y se puede calcular mediante la expresión:

I scc =

K ⋅s t CC

Donde:

Iscc → Corriente de cortocircuito soportada por el conductor en A s → Sección del conductor en mm2 K → Coeficiente dependiente del conductor y de las temperaturas inicial y final del cortocircuito Su valor corresponde a la densidad de corriente tabulada en las tablas 35 y 36 para una duración del cortocircuito de 1 segundo. tcc → duración del cortocircuito en segundos Los valores de las densidades de corriente (A/mm2) de cortocircuito que pueden resistir los conductores de los distintos tipos de cables aparecen tabulados en las tablas 25 y 26 del RLAT en función de la duración del cortocircuito. Sí se quiere obtener el valor para duraciones diferentes se aplica la fórmula anterior. Para que una sección se haya escogido adecuadamente según este criterio se debe verificar que:

I scc ≥ I pcc siendo Ipcc la intensidad de cortocircuito permanente que puede presentarse en ese punto de la red eléctrica. Este valor depende de la configuración de las líneas aguas arriba de la instalación y de la potencia de cortocircuito que es capaz de proporcionar el transformador o el alternador que la alimenta. Como esto es una información que sólo maneja la compañía distribuidora, para realizar el diseño deberá proporcionar el dato de la potencia de cortocircuito que puede producirse en el punto de conexión, además del tiempo de actuación de las protecciones. La Ipcc se puede calcular como: Donde: Ipcc → Corriente de cortocircuito permanente Scc ⋅1000 que puede presentarse en ese punto en A I pcc = Scc → Potencia de cortocircuito en MVA 3⋅V V → Tensión nominal de la línea en kV

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