Análisis técnico para determinar la intensidad de corriente admisible en cables aislados de media tensión

Abstract

El presente estudio, surge de la necesidad del área de Planificación Técnica de la empresa EDELNOR S.A.A. (Empresa de Distribución Eléctrica de Lima Norte S.A.A) de conocer las capacidades reales de las instalaciones, a fin de poder priorizar las inversiones en los próximos años, pues las nuevas legislaciones sobre instalaciones eléctricas, seguridad y calidad de la energía son cada vez más exigentes. Para su mejor comprensión, el presente estudio fue dividido en siete capítulos, claramente diferenciados y que se detallan a continuación: El Capítulo 1, comprende la introducción, en la cual se detalla el propósito de estudio, su importancia, sus alcances y las normas internacionales utilizadas. El Capítulo 2, comprende un fundamento teórico sobre la fabricación de cables eléctricos aislados, en la cual se detallan sus principales componentes: el conductor, el aislamiento y las protecciones; los principales materiales utilizados para cada componente y sus funciones principales dentro de la estructura del cable. También se detallan los principales tipos de pérdidas en los cables, que son muy importantes pues estas pérdidas son las que limitarán la capacidad del cable. El Capítulo 3, comprende un breve fundamento teórico sobre transferencia de calor, pues el problema de calcular la capacidad de corriente de un cable se puede traducir en un problema de transferencia de calor. La corriente transportada por un cable eleva su temperatura, a causa de las pérdidas producidas por efecto Joule y otras, hasta que se establece el equilibrio cuando el calor generado iguala al que se disipa a través de los aislamientos, protecciones, cubiertas y tierra (en el caso de los cables enterrados) hacia el exterior o medio ambiente. Se presenta la Ley de Ohm térmica. El Capítulo 4, comprende el análisis técnico del cable para determinar su capacidad de corriente en condiciones de estado permanente, de acuerdo con la norma IEC 60287. El término “estado permanente” significa una corriente constante en el cable (factor de carga igual a 100%) para producir la máxima temperatura admisible del conductor, asumiendo constantes las condiciones ambientales del medio que lo rodea. Luego, es preciso cuantificar el calor generado por las pérdidas que calientan el cable, para que este se mantenga dentro de los límites permisibles de temperatura y no se deteriore ninguno de sus componentes, principalmente el aislamiento. Este capítulo comprende el cálculo de la resistencia eléctrica del cable, el cálculo de las pérdidas en el conductor, en las cubiertas y en las pantallas, y el cálculo de las diferentes resistencias térmicas existentes desde el conductor hasta el medio que rodea al cable. Además, también se calculó capacidades para grupos de cables. El Capítulo 5, es un complemento del capítulo 4, comprende el análisis técnico del cable para determinar su capacidad de corriente en condiciones de estado cíclico, de acuerdo con la norma IEC 60853. En este capítulo se ajustan los resultados obtenidos en condiciones de estado permanente, para obtener una capacidad de corriente de acuerdo con una curva de carga dada, es decir, factor de carga diferente de 100%. Para esto, se obtuvieron curvas típicas de acuerdo con el tipo de carga: industrial, comercial, residencial y general. Luego se obtuvieron capacidades de corriente de acuerdo con el tipo de curva analizada. También se calculó capacidades para grupos de cables. El capítulo 6, comprende el análisis para calcular las capacidades económicas de los cables, es decir, un análisis que toma en cuenta la inversión inicial y el costo de las pérdidas en los cables durante la vida útil de este. Esto es muy importante, pues como la demanda es creciente, las pérdidas también lo son, y puede llegar a ser más costosas las pérdidas en el transcurso del tiempo que la inversión inicial. En este capítulo se toma en cuenta, el costo de la energía y potencia, el crecimiento de la demanda, costos de inversión, vida útil, tasa de descuento, y otros factores técnicos y económicos. El Capítulo 7, está comprendido por las principales pruebas aplicadas a los cables de media tensión con aislamiento seco, de acuerdo con la norma IEC 60502-2. En este capítulo se detallan las pruebas de rutina, pruebas especiales, pruebas tipo (eléctricas y no eléctricas) y pruebas después de la instalación. En el apéndice A, se muestra unos protocolos de pruebas tipo aplicadas a un cable N2XSY. No quiero terminar este prólogo sin antes agradecer, en primer lugar, a Dios por acompañarme siempre durante mis estudios, mi desarrollo profesional y en el desarrollo del presente trabajo. Quisiera agradecer también al lng. Jhony Díaz del área de Normalización de EDELNOR S.A.A. por su apoyo constante en brindarme la información requerida para poder realizar el presente estudio, y al Ing. David Osco del área de Planificación Técnica de EDELNOR S.A.A., por su paciencia y comprensión. Finalmente, quisiera agradecer también a mi asesor, el profesor lng. Reynaldo Villanueva, por el apoyo y el tiempo brindado al presente informe.