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CONTRATO 4500000997 CONSTRUCCIÓN DEL SEGUNDO CIRCUITO A 115 kV ENTRE LAS SUBESTACIONES SURIA - PUERTO LÓPEZ – PUERTO GAITÁN

CIRCUITO SURIA SURIA- PUERTO LÓPEZ 115 kV SELECCIÓN DE CABLES DE GUARDA

DOCUMENTO IEB-792-12- D006

REVISIÓN 0

Medellín, Abril de 2013

SELECCIÓN DE CABLE DE GUARDA LÍNEA SURIA- PUERTO LÓPEZ 115 k V

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CONTROL DE DISTRIBUCIÓN Copias de este documento han sido entregadas a: Nombre

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Gustavo Sánchez

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EMSA S.A. E.S.P.

1

Gestor Documental

IEB S.A.

1

Las observaciones que resulten de su revisión y aplicación deben ser informadas a IEB S.A.

CONTROL DE REVISIONES Revisión No. 0

Aspecto revisado

Fecha

Emisión Inicial

17/04/2013

CONTROL DE RESPONSABLES NÚMERO DE REVISIÓN Nombre Elaboración

Revisión

1

2

JSB

Firma Fecha

01/04/2013

Nombre

AMG/AOP

Firma Fecha Nombre

Aprobación

0

05/04/2013 JPC

Firma Fecha

17/04/2013

Participaron en la elaboración de este informe: JSB

Juan Sebastián Botero

AMG

Andrés Mauricio García

AOP

Alberto Ocampo Pardo

JPC

Jaime Posada Caicedo

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SELECCIÓN DE CABLE DE GUARDA LÍNEA SURIA- PUERTO LÓPEZ 115 k V

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TABLA DE CONTENIDO 1. 2. 3. 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 6. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 7. 8. 9.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1 OBJETIVO ............................................................................................................. 1 CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DELOS CABLES DE GUARDA................... 1 METODOLOGÍA .................................................................................................... 1 PARÁMETROS DE SECUENCIA DE LAS SUBESTACIONES ............................. 2 DURACIÓN DEL CORTOCIRCUITO PARA EL CABLE DE GUARDA ................. 3 ELEVACIÓN DE TEMPERATURA EN LOS CABLES DE GUARDA..................... 3 COMPORTAMIENTO ANTE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ............................. 4 CAPACIDAD TÉRMICA I2t .................................................................................... 4 INFORMACIÓN DE ENTRADA.............................................................................. 5 LONGITUD APROXIMADA DE LA LÍNEA ............................................................ 5 RESISTIVIDAD PROMEDIO DEL TERRENO ........................................................ 5 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE LA TORRE Y DE LAS SUBESTACIONES................................................................................................. 5 NIVELES DE CORTOCIRCUITO DE LAS SUBESTACIONES .............................. 5 RESULTADO DE LOS CÁLCULOS REALIZADOS .............................................. 5 CONFIGURACIÓN Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS CABLES DE GUARDA REFERENCIALES ................................................................................. 5 IMPEDANCIAS DE CORTOCIRCUITO.................................................................. 6 CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO ................................................................... 6 INCREMENTO DE TEMPERATURA DE LOS CABLES DE GUARDA ................14 CAPACIDAD TÉRMICA REQUERIDA PARA EL CABLE OPGW ........................15 CONCLUSIONES .................................................................................................16 RECOMENDACIONES .........................................................................................17 REFERENCIAS .....................................................................................................18

LISTA DE FIGURAS Figura 1. Modelo del sistema en ATP. Cortocircuito línea Suria - Puerto López................ 7 Figura 2. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda, R=20 Ω, distancia=40 m de la S/E Suria............................................................................................................... 8 Figura 3. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda, R=20 Ω, distancia=40 m de la S/E Pto López ....................................................................................................... 8 Figura 4. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda ........................................... 9 Figura 5. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda ........................................... 9 Figura 6. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda ..........................................10 Figura 7. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda ..........................................10 Figura 8. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda .........................................11 Figura 9. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda ..........................................11 Figura 10. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda hacia ...............................12 Figura 11. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda ........................................12 Archivo: IEB-792-12-D006(0) Selección Cable de Guarda

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LISTA DE TABLAS Tabla 1. Corrientes de cortocircuito subestaciones Suria y Puerto López ......................... 5 Tabla 2. Características técnicas de los cables de guarda ................................................. 6 Tabla 3. Impedancias de las subestaciones Suria y Puerto López .................................... 6 Tabla 4. Niveles de cortocircuito en las subestaciones ....................................................13 Tabla 5. Corrientes de cortocircuito considerando una resistencia 20 Ω ..........................13 Tabla 6. Corrientes de cortocircuito considerando una resistencia 30 Ω ..........................13 Tabla 7. Incremento de temperatura y tiempo máximo para corriente de descarga atmosférica ..............................................................................................................15 Tabla 8. Cálculo I2t requerido para el cable OPGW .........................................................15 Tabla 9. Características de los cables de guarda.............................................................17

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1. INTRODUCCIÓN Con el fin de mitigar eventuales situaciones de indisponibilidad ante falla simple de esta infraestructura, la electrificadora del Meta S.A. ESP proyecta la construcción de un segundo circuito a 115 kV entre las subestaciones Suria, Puerto López y Puerto Gaitán, en una longitud aproximada de 180 km, de manera complementaria se proyecta la ampliación de las subestaciones de salida y llegada de este segundo circuito.

2. OBJETIVO Este documento contiene la selección del cable de guarda de la línea de transmisión a 115 kV entre la subestación Suria y la subestación Puerto López en el departamento del META, con una longitud aproximada de 60 km. Para la selección del cable de guarda se realizaron los análisis descritos a continuación, constatando en cada caso que el conductor de guarda seleccionado cumpla con los requisitos establecidos en el documento de especificaciones técnicas “DISEÑO PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL SEGUNDO CIRCUITO A 115 kV ENTRE LAS SUBESTACIONES SURIA (VILLAVICENCIO)- PUERTO LÓPEZ Y PUERTO LÓPEZ -PUERTO GAITÁN EN EL DEPARTAMENTO DEL META. INVITACIÓN PÚBLICA A OFERTAR No. 022-2012”.

3. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DELOS CABLES DE GUARDA De acuerdo con lo estipulado por la UPME para proyectos de conexión al Sistema de Transmisión Nacional, los cables de guarda deberán cumplir con la doble función de proteger las líneas de transmisión contra sobretensiones, brindar apantallamiento y adicionalmente soportar la temperatura máxima durante un cortocircuito. Además, en cualquier condición, la tensión longitudinal máxima en el conductor o cable de guarda, no deberá exceder el 50% de su correspondiente tensión de rotura. El cable de guarda seleccionado deberá cumplir con los criterios indicados anteriormente y además, el diseño de puesta a tierra de las torres tendrá en cuenta el cable de guarda seleccionado.

4. METODOLOGÍA Para la selección del cable de guarda para la línea se tendrán en cuenta los siguientes aspectos: •

Se utilizaran dos cables de guarda, ambos con funciones de apantallamiento y conexión equipotencial de puestas a tierra y uno de ellos con función adicional de transporte de fibras de comunicación.

•

El cable de guarda con función de transporte de fibras de comunicación será del tipo OPGW (Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire), el cual se especificará con

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base en la capacidad térmica mínima (I2t) que el cable debe soportar de acuerdo con el tiempo y duración de las fallas de la línea. •

El segundo cable de guarda será tipo Alumoweld.

•

Para determinar el calibre de los cables de guarda a utilizar se verificarán las corrientes que circularán en caso de cortocircuito por medio de simulaciones del sistema en el software ATP.

•

Para los cables seleccionados se verificará que la corriente que circula por estos en caso de una falla a frecuencia industrial no produzca un aumento en la temperatura del cable que supere su capacidad de límite térmico a esta frecuencia.

•

Se verificará que el tiempo máximo que puede circular una magnitud de corriente de una descarga atmosférica sea mayor que el tiempo máximo admisible de duración de la descarga, sin que se produzcan daños irreversibles en el cable.

4.1

PARÁMETROS DE SECUENCIA DE LAS SUBESTACIONES

Para calcular los parámetros de secuencia positiva y secuencia cero de las subestaciones involucradas en el proyecto se siguió la siguiente metodología propuesta en la referencia [7]:
 =

 =


 =

 =



 

√3  1 +   

 





 

√3  1 +   √3

 

  1 +  





 



√3

  1 +



    



−

−

2

 

√3  1 +   

2  





 

√3  1 +   

Donde las relaciones   experiencias del consultor.





y  







se asumen con un valor de 10 de acuerdo con

Se corroboran los niveles de cortocircuito monofásico y trifásico de ambas subestaciones

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mediante el software EMTP- ATP, bajo operación continua de la línea.

4.2

DURACIÓN DEL CORTOCIRCUITO PARA EL CABLE DE GUARDA

Se consideraronlos tiempos de actuación de las protecciones definidos por la resolución CREG 025-1995 [4],(100 ms para la protección principal y 300 ms para la protección de respaldo), de los cuales se analizó el caso más crítico (t=300 ms) en el cual la protección principal no actúa.

4.3

ELEVACIÓN DE TEMPERATURA EN LOS CABLES DE GUARDA

Para la determinación del incremento de temperatura de un conductor ante una corriente de falla se emplea la siguiente ecuación sugerida en la norma IEC-60865-1, referencia [2]:

I = A

 κ 20 cρ   1 + α 20 (θ e − 20°C )    ln   Tkr * α 20   1 + α 20 (θ b − 20°C ) 

(1)

Dónde: •

I: Corriente rms, en A.

•

A: Sección del conductor, en m²

•

κ20: Conductividad específica a 20°C, en 1/ Ωm

•

C: Capacidad térmica específica, en J/(kg°C)

•

ρ: Masa específica, en kg/m³

•

Tkr: Tiempo de duración del corto circuito, en s

•

α20: Coeficiente de temperatura, en 1/°C

•

θb: Temperatura del conductor al inicio del cortocircuito, en °C

•

θe: Temperatura del conductor al final del cortocircuito, en °C

De la ecuación (1) se despeja θe y se obtiene:

θ

e

=

1

α

      

e

 α Ι2 t     kC ρ A 2    (1 + α

      (θ − 20 ))  − 1  + 20 20 b      

(2)

Con la ecuación (2) se verifica que la temperatura que alcanza el conductor al final del cortocircuito no supere el valor límite. De acuerdo con las recomendaciones presentadas en la tabla 7.13, columna 5 de la referencia [5], y las reportadas por los fabricantes, se establecen las siguientes temperaturas máximas admisibles bajo condiciones de cortocircuito para el cable de

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guarda: - Alumoweld: 200 ºC -

OPGW: 180°C

La temperatura máxima del cable OPGW obedece a que entre los 180°C y 220°C de temperatura las fibras ópticas se ven afectadas de acuerdo con la referencia [5], además es una recomendación de los fabricantes [6].

4.4

COMPORTAMIENTO ANTE DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

De acuerdo con la ecuación (1), se puede determinar cuál es el máximo tiempo que puede circular por el cable de guarda la corriente de una descarga atmosférica sin que se produzca deterioro en las características mecánicas del cable (para lo cual la temperatura del cable no debe superar los 200°C, según la refer encia [2], con base en la siguiente expresión:

Tkr =

A2 I2

 κ cρ   1 + α 20 (θ e − 20°C )   *  20  ln  α 20   1 + α 20 (θ b − 20°C ) 

(3)

Según la referencia [3], no es normal que una descarga produzca corrientes mayores a 200 kA, el 50% de todos los rayos producen corrientes menores a 31 kA. Solo el 0,05% de todos los rayos producen corrientes superiores a 200 kA y solo el 10% tiene más de 8 descargas subsecuentes. Es decir, una corriente de 200 kA con una duración de 200 µs (I2t=8 kA2seg) corresponde a una corriente extremadamente severa. Para el caso de una falla monofásica se considera la corriente de falla que circulará por el cable de guarda de acuerdo con los niveles de cortocircuito de las subestaciones Suria y Puerto López.

4.5

CAPACIDAD TÉRMICA I2t

La capacidad térmica I2t se calcula como el cuadrado de la corriente rms en kA multiplicada por el tiempo en segundos y se especifica para conductores OPGW. Según la IEEE Transactions on Power Delivery [3], no es normal que una descarga produzca corrientes mayores a 200 kA, el 50% de todos los rayos producen corrientes menores a 31 kA. Solo el 0,05% de ellos producen corrientes superiores a 200 kA y solo el 10% tiene más de 8 descargas subsecuentes. Es decir, una corriente de 200 kA con una duración de 200 µs (I2t=8 kA2seg) corresponde a una corriente extremadamente severa. Para el caso de una falla monofásica se considera la corriente de falla que circulará por el cable de guarda de acuerdo con los niveles de cortocircuito de las subestaciones Suria y Puerto López.

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5. INFORMACIÓN DE ENTRADA 5.1

LONGITUD APROXIMADA DE LA LÍNEA

La longitud aproximada de la línea de transmisión a 115 kV entre la Subestación Suria y la subestación Puerto López de acuerdo con su configuración es de 60 km.

5.2

RESISTIVIDAD PROMEDIO DEL TERRENO

Para llevar a cabo este estudio se asumió una resistividad promedio del terreno de 1000 Ω m como valor extremo, teniendo en cuenta el tipo de terreno. El diseño del sistema de puesta a tierra de la línea de transmisión es objeto de otro informe, en el cual se considera la resistividad del terreno medida en cada sitio de cada torre.

5.3

RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA DE LA TORRE Y DE LAS SUBESTACIONES

De acuerdo con el artículo 15.4 del RETIE [3], el valor de referencia de la resistencia de puesta a tierra para las torres de una línea de transmisión es de 20 Ω y para las subestaciones de 1 Ω. Para el desarrollo del modelo en el software EMTP- ATP se considerarán estos valores.

5.4

NIVELES DE CORTOCIRCUITO DE LAS SUBESTACIONES

Para generar los modelos en el software EMTP- ATP del sistema se utilizaron los datos de corrientes de cortocircuito de acuerdo con la base de Datos del Software Digsilent del Plan de Expansión de la UPME para el año 2.014. Tabla 1. Corrientes de cortocircuito subestaciones Suria y Puerto López Subestación

Trifásico (kA)

Monofásico (kA)

Suria

12,16

13,86

Puerto López

5,46

4,42

Con los datos de la Tabla 1, se calcularon las impedancias de cortocircuito de las subestaciones, utilizando la metodología descrita en el numeral 4.1.

6. RESULTADO DE LOS CÁLCULOS REALIZADOS 6.1 CONFIGURACIÓN Y CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS CABLES DE GUARDA REFERENCIALES Considerando los niveles de cortocircuito de las subestaciones, para los cálculos eléctricos se han tomado como referencia los cables presentados en la Tabla 2:

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Tabla 2. Características técnicas de los cables de guarda ALUMOWELD 7 No 8* 58,56 9,78 0,3896

OPGWM C-98/517**

7230,63

7031

Módulo de elasticidad (kgf/mm )

163,2224

15762

RDC, 20°C (Ω/km)

1,51615

0,8745

Coeficiente de variación de R con temperatura, -1 α (°C )

0,0045

0,004

Coeficiente de dilatación lineal (1/°C)

0,001296

1,27E-05

Capacidad calorífica (J/cm °C)

---

3,58

Temperatura máxima permisible(°C)

200

180

Característica 2 Sección total (mm ) Diámetro (mm) Peso (kgf/m) Tensión de rotura (kgf) 2

3

99,59 13,1 0,671

*De acuerdo con la norma ASTM B-416 [10]. ** Tomado de la referencia MC-98/517 de la compañía AFL [9].

6.2

IMPEDANCIAS DE CORTOCIRCUITO

A continuación se presentan las impedancias de cortocircuito de las subestaciones involucradas en el proyecto de acuerdo con la metodología 4.1: Tabla 3. Impedancias de las subestaciones Suria y Puerto López

6.3

Subestación

R1 (Ohm)

X1 (Ohm)

Ro (Ohm)

Xo (Ohm)

Suria

0,54

5,43

0,34

3,43

Puerto López

1,21

12,1

2,06

20,6

CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO

Con los modelos en el software EMTP- ATP del sistema y las características de la línea, se calcularon las corrientes de cortocircuito que circula por el cable de guarda. Se analizó la circulación de corriente de cortocircuito por el cable de guarda ante fallas monofásicas con dirección hacia la subestación Suria y Puerto López asumiendo valores de resistencia de puesta a tierra de las torres de 20°Ω y 30°Ω. Para las simulaciones se consideró un conductor de fase ACSR Flicker 477 kcmil, el cable de guarda OPGW referencial MC-98/517 y cable de guarda Alumoweld 7 # 8 AW. A continuación se muestra el sistema modelado en ATP, los cortocircuitos simulados y las corrientes de cortocircuito obtenidas.

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Figura 1. Modelo del sistema en ATP. Cortocircuito línea Suria - Puerto López

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Figura 2. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda, R=20 Ω, distancia=40 m de la S/E Suria

Figura 3. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda, R=20 Ω, distancia=40 m de la S/E Pto López

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Figura 4. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda R=20 Ω, distancia=80 m de la S/E Suria

Figura 5. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda R=20 Ω, distancia=80 m de la S/E Puerto López

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Figura 6. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda R=20 Ω, distancia=30 km (Mitad de la línea)

Figura 7. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda R=30 Ω, distancia=40 m de la S/E Suria

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Figura 8. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda R=30 Ω, distancia=40 m de la S/E Puerto López

Figura 9. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda R=30 Ω, distancia=80 m S/E Suria

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Figura 10. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda hacia R=30 Ω, distancia=80 m de la S/E Puerto López

Figura 11. Corriente de cortocircuito por los cables de guarda R=30 Ω, distancia=30 km (Mitad de la línea)

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A continuación se presentan las corrientes de cortocircuito resultado de las simulaciones: Tabla 4. Niveles de cortocircuito en las subestaciones

Subestación

Trifásico 1 (kA)

Monofásico 1 (kA)

Trifásico 2 (kA)

Monofásico 2 (kA)

Desviación Corto trifásico (%)

Desviación Corto monofásico (%)

Suria

12,16

13,86

12,19

13,87

0,25

0,072

Puerto López

5,46

4,42

5,481

4,422

0,38

0,045

1:

Valor tomado de base de datos IEB en Digsilent Power Factory de acuerdo con el Plan de Expansión de la UPME al 2014. 2: Resultado de la simulación mediante el software EMTP- ATP, con las dos subestaciones operando.

Los valores obtenidos en el software EMTP-ATP, no tienen una desviación significativa respecto al valor de la base de datos de Digsilent al 2.014, por ende, el modelo simulado en ATP se ajusta a las características del sistema a 2.014. Tabla 5. Corrientes de cortocircuito considerando una resistencia 20 Ω Cable de guarda Falla simulada

Ubicación de la falla respecto S/E (km)

Corriente por el cable de Cable Guarda rms (kA)

Dirección

OPGW

Monofásica

0,04

8,368

Hacia S/E Suria

AW

Monofásica

0,04

4,938

Hacia S/E Suria

OPGW

Monofásica

0,04

2,175

Hacia S/E Pto. López

AW

Monofásica

0,04

1,291

Hacia S/E Pto. López

OPGW

Monofásica

0,08

8,254

Hacia S/E Suria

AW

Monofásica

0,08

4,877

Hacia S/E Suria

OPGW

Monofásica

0,08

2,175

Hacia S/E Pto. López

AW

Monofásica

0,08

1,291

Hacia S/E Pto. López

OPGW

Monofásica

30

1,343

Hacia S/E Suria

AW

Monofásica

30

0,788

Hacia S/E Suria

OPGW

Monofásica

30

1,020

Hacia S/E Pto. López

AW

Monofásica

30

0,610

Hacia S/E Pto. López

Tabla 6. Corrientes de cortocircuito considerando una resistencia 30 Ω Cable de guarda Falla simulada

Ubicación de la falla respecto S/E (km)

Corriente por el cable de Cable Guarda rms (kA)

Dirección

OPGW

Monofásica

0,04

8,380

Hacia S/E Suria

AW

Monofásica

0,04

4,947

Hacia S/E Suria

OPGW

Monofásica

0,04

2,206

Hacia S/E Pto. López

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Cable de guarda Falla simulada

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Ubicación de la falla respecto S/E (km)

Corriente por el cable de Cable Guarda rms (kA)

Dirección

AW

Monofásica

0,04

1,311

Hacia S/E Pto. López

OPGW

Monofásica

0,08

8,380

Hacia S/E Suria

AW

Monofásica

0,08

4,952

Hacia S/E Suria

OPGW

Monofásica

0,08

2,202

Hacia S/E Pto. López

AW

Monofásica

0,08

1,309

Hacia S/E Pto. López

OPGW

Monofásica

30

1,349

Hacia S/E Suria

AW

Monofásica

30

0,793

Hacia S/E Suria

OPGW

Monofásica

30

1,030

Hacia S/E Pto. López

AW

Monofásica

30

0,617

Hacia S/E Pto. López

Para una falla monofásica a una distancia aproximada de 40 m respecto a la subestación Suria a 115 kV, la corriente de falla máxima que circula por el cable OPGW es de 8,380 kA (Rpt=30 Ω) y por el cable AW es de 4,952 kA (Rpt=30Ω), debido a la cercanía a la subestación Suria, la cual aporta el mayor nivel de cortocircuito. Para una falla monofásica aproximadamente en la mitad de la línea de transmisión, la corriente de falla máxima que circula por el cable OPGW es de 1,349 kA (Rpt=30 Ω), y por el cable AW es de 0,793 kA (Rpt=30 Ω). Es importante aclarar que el nivel de cortocircuito se atenúa rápidamente con la distancia y depende de las distribuciones de corriente de cortocircuito por los cables de guarda que aporta la subestación Suria y Puerto López. Para una falla monofásica cerca de la subestación Puerto López, la corriente de falla máxima que circula por el cable OPGW es de 2,206 kA (Rpt=30 Ω), y por el cable Alumoweld es de 1,311 kA (Rpt=30 Ω), debido a las cercanías a dicha subestación se presentan estas corrientes de corto, sin embargo, es mayor el aporte al cortocircuito de la subestación Suria. Teniendo en cuenta lo anterior, se considera que el mayor nivel de cortocircuito que circulará por el cable OPGW es de 8,38 kA y por el cable Alumoweld (AW) es de 4,947 kA y poder así realizar la verificación de los cables de guarda inicialmente propuestos.

6.4

INCREMENTO DE TEMPERATURA DE LOS CABLES DE GUARDA

A continuación se presentan los cálculos para una condición extremadamente conservativa, del incremento de temperatura debido a la corriente que circula por los cables de guarda ante una falla a frecuencia industrial y el tiempo máximo que puede circular la corriente producida por una descarga atmosférica de 200 kA.

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Tabla 7. Incremento de temperatura y tiempo máximo para corriente de descarga atmosférica Variable

AW 7No. 8

-1

4,00E-03

α (°C )

4947

I (A)

3,48E+07

k (1/Ωm)

0,3

t (s)

910

C (J/kg °C) 3

ρ(kg/m )

2700

2

A(m )

5,86E-05

θe (°C)

68,402 40

Temperatura máxima ambiente (°C) Temperatura máxima permitida ante descarga atmosférica (°C)

200 200000

Corriente máxima de la descarga atmosférica (A) Tiempo máximo de duración de la descarga atmosférica (s)

8,54E-04

Como se observa en la Tabla 7 la temperatura al final de cortocircuito (θe), en el cable de guarda Alumoweld 7#8 debido a la corriente que circula por éste ante una falla no supera el límite permitido (200°C) de acuerdo conla tabla 7.13, columna 5 de la referencia [5]. El tiempo máximo que puede circular una descarga atmosférica de 200 kA por el cable Alumoweld 7#8 es de 8,54 E-04 s, lo cual excede el tiempo de duración de la descarga de 200 µs.

6.5

CAPACIDAD TÉRMICA REQUERIDA PARA EL CABLE OPGW Tabla 8. Cálculo I2t requerido para el cable OPGW Condición

Característica

2

Cortocircuito

Descarga atmosférica

I (kA)

8,38

200

t (s)

0,3

0,0002

21,067

8

2

I t (kA .s)

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7. CONCLUSIONES •

Los cables de guarda seleccionados cumplen con los niveles de cortocircuito máximos esperados en el sistema.

•

Los cables seleccionados soportan una descarga atmosférica extremadamente conservativa de 200 kA con tiempo de duración de 200 µs.

•

El cable OPGW se selecciona de acuerdo con la capacidad térmica mínima (I2t) que el cable debe soportar

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8. RECOMENDACIONES En la siguiente tabla se presentan las características técnicas de los cables de guarda seleccionados: Tabla 9. Características de los cables de guarda Característica

ALUMOWELD 7 No 8*

OPGW MC-98/517**

Sección total (mm ) Diámetro (mm)

58,56 9,78

99,59 13,1

Peso (kgf/m)

0,3896

0,671

7230,63

7031

163,2224

15762

1,51615

0,8745

Coeficiente de variación de R con temperatura, α (°C )

0,0045

0,004

Coeficiente de dilatación lineal (1/°C)

0,001296

1,27E-05

Capacidad calorífica (J/cm °C)

---

3,58

Temperatura máxima permisible(°C)

200

180

---

22(mínimo)

2

Tensión de rotura (kgf) 2

Módulo de elasticidad (kgf/mm ) RDC, 20°C (Ω/km) -1

3

2

2

I t (kA xseg)

*De acuerdo con la norma ASTM B-416 [10]. ** Referencia MC-98/517 de la compañía AFL [9].

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9. REFERENCIAS 1. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA Resolución N. 18 0398 de 2004 (RETIE). 2. INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION. (IEC). IEC 60865-1, "SHORT-CIRCUIT CURRENTS-CALCULATION OF EFFECTS-PART 1: DEFINITIONS AND CALCULATION METHODS". Tercera Edición, 2011. 3. IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 4, No. 3, Julio 1989. "Temperature rise of optical fiber ground wires subjected to short duration-high current transients". 4. COMISIÓN DE REGULACIÓN DE ENERGÍA Y GAS CREG. Resolución 025-1995 Código de Redes, Colombia, 1995. 5. KIESSLING F., NEFZGER P., NOLASCO J.F, KAINTZYK U. OVERHEAD POWER LINES: Planning, Design, Construction, Editorial Springer. Alemania, 2003. 6. DRAKA COMTEQ. OPGW Central Extruded Aluminium Tube Catalog. 7. GRAINGER J. JOHN, STEVENSON D. WILLIAM. ANÁLISIS DE SISTEMAS DE POTENCIA, Editorial Mc Graw Hill. 8. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM. Standard specification for Concentric-lay-Stranded Aluminum-Conductors, Coated-Steel Reinforced (ACSR) B 232/B 232 M-01. 9. AFL COMPANY FIBER OPTIC CABLE (OPGW) MINICORE. CATALOG. 2012. 10. NORMA ASTM B-416.

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