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