Diversos cables
La eficiente operación de sistemas de energía eléctrica depende en gran medida de la cuidadosa elección de cables que cumplan con criterios específicos. En este contexto, el departamento de diseño, instalación y operación de líneas de cables de energía debe considerar cuatro factores para la selección de cables: condiciones de uso, nivel de aislamiento, tipo de cable y sección transversal del conductor.
El voltaje debe cumplir con los requisitos del modo de conexión a tierra del punto neutro en el sistema eléctrico.
En la norma IEC, se clasifican los sistemas eléctricos en tres categorías. La Clase A es aquella en la que cualquier conductor de fase se conecta a tierra y puede separarse del sistema en 1 minuto. Y la Clase B es un sistema con un solo conductor de fase conectado a tierra, permitiendo un tiempo de falla a tierra de hasta 8 horas, con un tiempo acumulado máximo de 125 horas por año. La Clase C no pertenece a las Clases A ni B.
Cuando se utiliza el cable en un sistema con conexión efectiva a tierra en el punto neutro, U toma el valor del voltaje de fase del sistema. Por ejemplo, un sistema de 10 kV utiliza un cable de 6/10 kV, y un sistema de 35 kV utiliza un cable de 21/35 kV.
Cuando el cable se utiliza en un sistema con conexión no efectiva a tierra en el punto neutro, se debe seleccionar un cable con un voltaje una clase superior al voltaje de fase del sistema. Por ejemplo, en un sistema de 10 kV, se selecciona un cable de 8.7/10 kV. Y en un sistema de 35 kV, se selecciona un cable de 26/35 kV. Cuando el cable se utiliza en un sistema de Clase C, que permite la operación a largo plazo con una fase conectada a tierra, U debe tomar el valor de la voltaje de línea del sistema, como seleccionar un cable de 6/6 kV en un sistema de 6 kV.
Las líneas de cables deben cumplir con la capacidad de transporte del sistema eléctrico. Es decir, los cables seleccionados deben tener una corriente admisible a largo plazo que satisfaga las necesidades del sistema. En el caso de líneas de cables más largas, también se debe tener en cuenta la caída de tensión en la línea.
Los cables deben adaptarse a diversas formas de instalación, disposiciones, métodos de puesta a tierra de la armadura metálica y condiciones de temperatura del entorno circundante. En el caso de cables de polietileno reticulado utilizados para la instalación submarina, los conductores deben tener propiedades de resistencia al agua en sentido longitudinal. Para cumplir con diversos requisitos ambientales de instalación, como resistencia a la tracción, resistencia a la compresión, resistencia al fuego, protección contra termitas y prevención de daños por roedores, se debe seleccionar el material estructural adecuado para la capa de armadura y la cubierta exterior de los cables.
Los cables deben cumplir con el Nivel Básico de Aislamiento (BIL). BIL es la resistencia a la sobretensión de impacto por rayo entre cada conductor y la pantalla o la armadura metálica. Para cables de líneas de 220 kV y superiores, existen dos valores de resistencia a la sobretensión de impacto por rayo. Se eligen según las características de protección del pararrayos, la longitud de las ondas de pulso de la línea de cables y el nivel de resistencia a la sobretensión por impacto de rayo de los dispositivos conectados.
Los cables con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE) tienen ventajas como un proceso de producción simple, un ciclo de fabricación corto, facilidad de instalación y mantenimiento, excelentes propiedades eléctricas y una alta capacidad de transmisión. En los últimos 30 años, la tecnología de cables con aislamiento de XLPE ha experimentado un rápido desarrollo y se ha aplicado ampliamente.
Los cables con aislamiento de papel y aceite tienen excelentes propiedades eléctricas y una vida útil más larga. Son adecuados para su uso en situaciones generales. Sin embargo, en comparación con los cables con aislamiento de XLPE, su proceso de fabricación e instalación es más complejo y costoso.
Los cables rellenos de aceite, con aislamiento de papel y plástico tienen baja pérdida dieléctrica y buen envejecimiento de la resistencia. Son adecuados para voltajes de 220 kV y superiores. Además, los cables con aislamiento de papel y aceite también son adecuados para líneas de transmisión de corriente continua de alta tensión.
En líneas de cable de 110 kV y menores, generalmente se prefieren los cables con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE). Para cables de distribución de 1 kV y menores, aparte de las líneas con cargas ligeras que pueden usar cables de cloruro de polivinilo (PVC). También se deben realizar la selección de cables con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE).
Nota: Actualmente, los cables de 1 a 500 principalmente utilizan cables con aislamiento de polietileno reticulado. Y los cables con aislamiento de papel y aceite solo se encuentran en algunas existencias restantes.
Los cables con aislamiento de etileno-propileno (EPR) son adecuados para líneas de 35 kV y menores. Estos cables, debido a su resistencia a la humedad, son adecuados para instalaciones submarinas, aunque su precio es más alto.
Los cables de energía generalmente utilizan conductores de cobre. La elección de la sección transversal del conductor debe cumplir con los requisitos tanto de la capacidad de transporte de la línea de cables como de la máxima estabilidad térmica en cortocircuito del sistema. Además, debe cumplir con la optimización económica del tamaño del conductor del cable.
En las redes eléctricas de baja tensión urbanas, se suelen utilizar cables de cuatro núcleos, es decir, además de los conductores de las tres fases, hay un conductor neutro que actúa como protector de tierra y que lleva la corriente desequilibrada de las tres fases. La sección transversal del conductor neutro generalmente debe ser del 30% al 60% de la sección transversal de cada conductor de fase.
En las redes eléctricas de baja tensión con corrientes desequilibradas significativas, se debe elegir cables de baja tensión con cuatro núcleos de sección transversal equivalente. No se deben usar cables de tres núcleos con un conductor de aislamiento adicional como conductor neutro conectado a la red eléctrica de baja tensión de tres fases y cuatro hilos. Esto se debe a que en este método, la corriente desequilibrada pasará a través de la armadura metálica y la capa de armadura del cable de tres núcleos, generando calor y afectando así la capacidad de transporte del cable.
En conclusión, la selección de cables para sistemas de energía eléctrica no es una tarea trivial y requiere una consideración minuciosa de múltiples factores. Desde las condiciones específicas de uso hasta el tipo de aislamiento y la sección transversal del conductor, cada detalle contribuye al funcionamiento seguro y eficiente del sistema. Al comprender y aplicar estas directrices, el departamento de diseño, instalación y operación de líneas de cables puede asegurar una infraestructura eléctrica confiable y resistente que cumpla con las demandas cambiantes de la red energética.
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