cable alta tension subterraneo

8/18/2019 Cable Alta Tension SUBTERRANEO

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ÍNDICE

CAPITULO 5

DISEÑO Y PROYECTO ALTA TENSIÓN.

5.1 PERSPECTIVAS Y APLICACIONES.

5.1.1 PERSPECTIVAS.

5.1.2 APLICACIONES.

5.2 T I PO S D E S I ST E MA S A PL I CA BL ES E N L IN EA SSUBTERRÁNEAS.

5.2.1 CONFIGURACIONES.

5.2.2 GENERALIDADES.

5.3 OBRA CIVIL.

5.3.1 DIFERENTES TIPOS DE TERRENOS EN LOS CUALESES APLICABLE LA PRESENTE NORMA.

5.3.1.1 CONSIDERACIONES PARA EL TRAZO DELBANCO DE DUCTOS.

5.3.2 CANALIZACIÓN A CIELO ABIERTO.

A) ANILLO CERRADO.

A.1 Las lineas alimentadoras parten de una solafuente de alimentación.

A.2 Las líneas alimentadoras parten de dos o mas

fuentes de alimentación.

B) RADIAL.

A) CONSIDERACIONES GENERALES.

B) TERRENO BLANDO Y NORMAL.

NORMAS DE DISTRIBUCIÓN-CONSTRUCCIÓN-LÍNEAS SUBTERRÁNEASORM S DE DISTRIBUCIÓN CONSTRUCCIÓN LÍNE S SUBTERRÁNE S

ÍNDICE DISEÑO Y PROYECTO ALTA TENSIÓNNDICE DISEÑO Y PROYECTO LT TENSIÓNNORMA

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NORM

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C) TERRENOS CON NIVEL FRÉATICO MUY ALTO.

D) TERRENO ROCOSO.

A) INSTALACIONES EN PUENTES.

B) CRUCE DE RÍOS.

A) PREMOLDEADOS.

A.1 Con pantalla interrumpida.

A.2 Sin pantalla interrumpida.

B) TERMOCONTRÁCTIL.

C) CONTRÁCTIL EN FRÍO.

A) ENCAPSULADA.

B) INTEMPERIE.

B.1 Porcelana.

B.2 Termocontráctil.

B.3 Premoldeada.

A) ESTRUCTURAS DE TRANSICIÓN.

A.1 Postes troncopiramidales.

5.3.3 PERFORACIÓN HORIZONTAL DIRIGIDA.

5.3.4 INSTALACIONES EN PUENTES O CRUCE DE RÍOS.

5.4 OBRA ELECTROMECÁNICA.

5.4.1 EMPALMES.

TIPOS:

5.4.2 TERMINALES.

TIPOS:

5.4.3 TRANSICIONES.



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A.2 Torres.

A.3 Bahías

B) APARTARRAYOS.

C) POZOS DE VISITA DE TRANSICIÓN.

A) ANÁLISIS DE RENTABILIDAD.

B) COSTOS ASOCIADOS AL PROYECTO.

C) BENEFICIOS ASOCIADOS AL PROYECTO.

A) CIRCUITO EQUIVALENTE.

B) VALORES MÁXIMOS PERMITIDOS.

A) SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN.

B) LINEAS DE ALTA TENSIÓN.

B.1.2 Tiempo de liberación de fallas a tierra.

B.1.3 Tensión máxima de operación.

B.2 Criterios de regulación de tensión.

5.5.1 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE PROYECTOS DE ALTA TENSIÓN.

5.5.2

5.5.3 LINEAMIENTOS GENERALES PARA LA EVALUACIÓNDE LINEAS DE ALTA TENSIÓN.

5.5 CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DEPROYECTOS.

CAÍDA DE TENSIÓN Y PÉRDIDAS.

C) V A LO RE S D E R ES IS TE NC I A, R E AC TA NC I A INDUCTIVA Y REACTANCIA CAPACITIVA.

B.1 Criterio de limite térmico.

B.1.1 C ap ac id ad d e c on du cc ió n d ecorriente.



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5.5.4 CABLES.

5.5.5 COORDINACIÓN DE PROTECCIONES CONTRA SOBRECORRIENTES.

A) SECCIÓN TRANSVERSAL DE CONDUCTORES.

B) CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN.

C) NIVEL DE AISLAMIENTO.

D) TENSIONES DE JALADO PARA CABLES.

E) CONEXIONES DE PANTALLAS.

E.1 Campo magnético.

E.2 Flujo magnético.

E.3 Fuerza electromotriz y corriente inducida.

E.4 Aplicación de los conceptos al caso depantallas metálicas.

E.5 Impedancia, resistencia y reactancia inductiva.

E.6 Resistencia y reactancia aparentes en configuración triangular equilátera.

E.7 Corrientes y tensiones inducid as enconfiguración triangular equilátera.

E.8 Recomendaciones para el aterrizaje de laspantallas metálicas.

E.9 Tensiones inducidas en pantallas para una lineacon configuración en triangulo equilátero.

E.10 Selección de sistemas de aterrizamiento.

F) DETERMINACIÓN DE LA DISTANCIA MÁXIMA ENTRE

EMPALMES.

A) LINEAMIENTOS BÁSICOS.

B) D E S CR I P CI ÓN D E L O S D I S PO SI T I VO S D EPROTECCIÓN.



CFE - AT - IDP

NORM

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B.1 Relevador de distancia (21).

B.2 Protección de sobre corriente direccional (67).

B.3 Relevador diferencial de linea (87L).

B.4 Aplicación de los diferentes relevadores deacuerdo al tipo de linea a proteger.

A) TRAMITES PREVIOS.

B) OFICIOS RESOLUTIVOS.

C) BASES DE PROYECTO.

D) APROBACIÓN DE PROYECTO.

E) DOCUMENTACIÓN DEL PROYECTO.

A) SIMBOLOGÍA.

B) NOMENCLATURA.

C) EN TRANSICIONES.

A) GENERALIDADES.

B) TAMAÑO DE LOS PLANOS.

C) CUADRO DE REFERENCIA.

D) ESCALAS.

5.5.6 COORDINACIÓN DE PROTECCIONES CONTRA SOBRETENSIÓN.

5.6 LINEAMIENTOS PARA LA ELABORACIÓN DE PROYECTOS.

5.6.2 SIMBOLOGÍA Y NOMENCLATURA.

5.6.3 PRESENTACIÓN DE PLANOS.

5.6.4 PLANOS DE PROYECTO.

5.6.1 TRÁMITES.



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NORM

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A) GENERAL DE ALTA TENSIÓN.

B) DE DETALLES DE LA OBRA ELÉCTRICA.

C) GENERAL DE LA OBRA CIVIL.

D) DE DETALLES DE LA OBRA CIVIL.

A) GENERALIDADES DEL DESARROLLO.

B) DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO.

C) DESCRIPCIÓN DE LA OBRA ELÉCTRICA.

D) DESCRIPCIÓN DE LA OBRA CIVIL.

E) IDENTIFICACIONES.

5.6.5 MEMORIA TÉCNICA DESCRIPTIVA.



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5.1 PERSPECTIVAS Y APLICACIONES.

5.1.1 PERSPECTIVAS.

5.1.2 APLICACIONES.

Las siguientes especificaciones son normas para el diseño y construcción de todos los Sistemas de DistribuciónSubterránea de la Comisión Federal de Electricidad.

Deben seguirse lo más cerca posible por la CFE y contratistas. Para cualquier desviación derivada de unasituación específica no contemplada en estas normas, sedebe obtener una aprobación por parte de la Subgerencia deDistribución Divisional.

La descripción de los productos que se incluyen en lapresente Norma tiene la finalidad de proporcionar unareferencia rápida para consulta. Para la construcción of abr ic ac ió n de l os m is mo s, de be re cu rri rs e a l asespecificaciones de producto correspondiente.

En general se aplicarán estas Normas en los lugares descritosa continuación:

A) Desarrollos residenciales de nivel alto, medio e interéssocial.

B) Áreas comerciales importantes.

C) Áreas de ciudades ó poblaciones consideradas comocentros históricos ó turísticos.

D) Poblaciones ubicadas en áreas de alta contaminaciónsalina, industriales y/o expuestas a ciclones.

E) Desarrollos urbanísticos con una topografía irregular.

F) Zona arboladas ó consideradas como reservas

ecológicas.

G) Lugares de concentración masiva como mercados,centrales de autobuses, aeropuertos, estadios, centrosreligiosos importantes, etc.

H) Avenidas y calles con alto tráfico vehicular.

I ) Plazas cívicas.


DISEÑO Y PROYECTO ALTA TENSIÓNISEÑO Y PROYECTO LT TENSIÓNNORMA

CFE - AT - PA

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La relación anterior no limita la aplicación de las instalacionesSubterráneas en áreas no incluidas en la misma.



CFE - AT - PA

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CFE T P

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5.2 T I P O S D E S I S T E M A S A P L I C A B L E S E N L I N E A SSUBTERRÁNEAS

5.2.1 CONFIGURACIONES.

A) ANILLO CERRADO.

A.1 Las líneas alimentadoras parten de unasola fuente de alimentación.

A.2 Las líneas alimentadoras parten de dos omas fuentes de alimentación.

Es aquella cuya configuración es en anillo; laslíneas alimentadoras parten de una sola fuente dealimentación siguiendo una misma trayectoria.O pe ra e n f orm a c err ada pa ra a li me nt ardeterminada carga.

Es aquella cuya configuración es en anillo; laslíneas alimentadoras parten de dos ó más fuentesde alimentación. Opera en forma cerrada paraalimentar determinada carga.

Los arreglos mostrados no son limitativos ya quelas diferentes fuentes también se puedenconectar en distintos puntos del sistema, lo quepermite la posibilidad de tener múltiples arreglos.En todo caso se debe considerar en el diseño elsobréflujo de potencia que tendrá la línea durante



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NORM

CFE T TS IS

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las condiciones de emergencia que pudieranpresentarse. Se debe consultar al área de controlde CENACE que corresponda, la magnitud dels ob ré fl uj o e sp er ad o e n c on di ci on es d e

emergencia.

Es aquella configuración en la que una sola líneapartiendo de una sola fuente alimenta determinadacarga.

Este tipo de configuraciones se emplea en acometidas y se recomienda contar con un cuarto de cable de reserva.

Se diseñarán las líneas de acuerdo a la tensión suministradaen el área, la carga a alimentar con un sistema de neutrocorrido ó hilo de tierra multiaterrizado.

Las líneas subterráneas de alta tensión deben ser 3f-4h.

El calibre del neutro debe determinarse de acuerdo al cálculode las corrientes de falla y como mínimo debe ser de seccióntransversal de 85.01 mm² (

El calibre debe elegirse de acuerdo a la corriente de cortocircuito en el Bus de la Subestación.

El conductor de neutro corrido ó hilo de tierra debe sermultiaterrizado para garantizar en los sitios donde se instalenempalmes y terminales una resistencia a tierra inferior a 10enépoca de estiaje y menora 5 enépoca de lluvia.

B) RADIAL.

5.2.2 GENERALIDADES.

ΩΩ

La caída de tensión máxima en las líneas de alta tensión no

debe exceder del 1% en condiciones normales de operación.Las pérdidas en las líneas de alta tensión no deben de excederdel 2% en condiciones normales de operación. Ver tabla5.5.2.

El cable del neutro debe ser de cobre desnudo semiduro o deacero recocido con bajo contenido de carbono, recubierto decobre de acuerdo a la especificación CFE E0000-33.

3/0 AWG).



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El neutro corrido o hilo de tierra debe quedar alojado en unducto independiente de las fases, en suelos no corrosivospodrá quedar directamente enterrado. El nivel de aislamientode los cables debe ser del 100%.

La sección transversal del cable debe determinarse deacuerdo al diseño del proyecto, el calibre mínimo del cable esde 500 kCM en 69 kV y 750 kCM en 115 y 138 kV, y debecumplir con la especificación CFE E0000-17.

Deben emplearse conductores de aluminio o cobre, deacuerdo al diseño integral del proyecto.

Se debe indicar en las bases de proyecto si el cable es para usoen ambientes secos o para uso en ambientes húmedos,según lo indica la especificación CFE E0000-17, de acuerdo a

las características del lugar de instalación.

La pantalla metálica del cable debe conectarse según seindica en la sección 5.5.4 E, CONEXIONES PANTALLAS.

Los cables deben ser alojados en ductos de PAD ó PADC,debiendo instalar un cable por ducto, se utilizaran los ductosdel diámetro indicado en la “Tabla de Diámetros de Tuberíapara Cables de Alta Tensión” (ver tabla 5.2.2), considerandosi empre que debe re spet arse el fac to r de rel len orecomendado en la NOM-001-SEDE.

Debe dejarse un excedente de cable de una longitud igual alperímetro del pozo de visita, únicamente donde se instalenempalmes y terminales.

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CFE - AT - TSAIS

NORM

CFE T TS IS

CalibrekCM

69 kV 115 kV 138 kV

500 6 6 6

750 6 6 6

1,000 6 6 6

1,250 6 6 6

1,500 6 6 8

1,579 6 8 8

1,750 6 8 8

2,000 6 8 8

Diámetro de tubería en pulgadas

DIÁMETRO DE TUBERÍA PARA CABLES DE ALTA TENSIÓN

Tabla 5.2.2

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5.3 OBRA CIVIL.

5.3.1 DIFERENTES TIPOS DE TERRENOS EN LOS CUALESES APLICABLE LA PRESENTE NORMA.

TIPO DE TERRENO

I.- TERRENO BLANDO Y NORMAL

II.- DURO Y ROCOSO

III.- PIEDRA

IV.- CON ALTONIVEL FREÁTICO

VI.- TERRENOSINESTABLES

CONSIDERACIONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA CIVIL

V.- NIVEL FREÁTICOMUY ALTO

Se puede utilizar como relleno, retirando únicamente

las capas con contenido orgánico para evitar la expansión

del relleno.

Para utilizar este material como relleno, es necesarioeliminar las rocas con tamaños mayores a ¾”, y eliminarlas capas con contenido orgánico.

Este material no se debe utilizar como relleno, a menosque la excavación se efectúe con zanjadora, la cual dejaun material de grano fino propicio para la compactación,en caso contrario se utilizará material de banco para losrellenos.

Se puede utilizar producto de excavación que nocontenga piedra en tamaños mayores a ¾” Ø y libre decontenido orgánico.

Se considera terreno con nivel freático muy alto dondeel agua esté a 85 cm del nivel de piso ó menos.

Se excavará hasta encontrar estratos donde se tenga lafirmeza de terreno suficiente para poder compactar, seutilizará material de banco para rellenar y compactarhasta el nivel de la instalación.



CFE - AT - OC

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5.3.1.1 CONSIDERACIONES PARA EL TRAZO DELBANCO DE DUCTOS.

5.3.2 CANALIZACIÓN A CIELO ABIERTO.

A) CONSIDERACIONES GENERALES.

Para conformar el banco de ductos por cualquiermétodo constructivo, se debe cumplir con laobtención de planos de los servicios públicos comoson agua potable, drenaje, alumbrado público,redes telefónicas, redes de televisión por cable,r ed es d e d is tr ib uc ió n e lé ct ri ca , r ed es d edistribución de gas, etc. y comprobar laexistencia de todas estas instalaciones utilizandoequipo de georadar, resonancia, electromagnético,sondas, etc. el cual permita determinar ó confirmarla existencia de instalaciones subterráneas, suubicación y profundidad de desplante.

El resultado de este censo de instalacionessubterráneas se debe registrar en planos de plantay perfil , indica ndo su t ipo, ubicac ión y profundidad, con el fin de que se tomen en cuentapara la planeación de la conformación del banco deductos y la localización de pozos de visita ótrincheras en subestaciones a nivel de proyecto.

A.1 Las Líneas de alta tensión deben seguir unatrayectoria que vaya a lo largo de las aceras,c am el lo ne s, pe ri fe ri a d e z on as v er de s y andadores.

A.2 La disposición de los ductos en los bancos deductos debe ser en forma de trébol para conservarla configuración de trébol, deben flejarse losductos a cada tres metros con fleje plástico. Sedeben utilizar separadores a dos metros de lospozos de visita.

A.3 La colocación, el ancho y la profundidad del bancode ductos, deben cumplir con lo establecido enestas Normas.

A.4 Invariablemente debe instalarse en toda latrayectoria del banco de ductos una cinta deadvertencia.



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A.5 En bancos de ductos construidos bajo banqueta y arroyo debe indicarse la trayectoria mediante unmarcado con placas de bronce instaladas como seindica en la sección 6.3.1-E. Cuando se tengan dos

líneas en la misma trayectoria se marcarán cadalínea en forma alternada.

A.6 En lugares donde no existan banquetas nipavimentos se debe indicar la existencia de la líneaó lineas mediante señalizadoras de material de lasdimensiones y forma que se indica en la figura5.3.2-C.

A.7 Cuando se utilicen tubos de PAD o PADC, loscambios de dirección pueden ser absorbidos porestos, siempre y cuando se respete el radio mínimo

de curvatura del cable el cual debe ser de 15 vecesel diámetro exterior y la presión lateral no rebaselos límites permisibles para el cable durante el jalado. Ver tabla y figura 5.3.2.1.

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CFE - AT - OC

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CFE T OC

Figura 5.3.2.1

R = radio mínimode curvatura

R

Tabla 5.3.2.1

Termoplástico

Polietileno reticulado (XLP) 15 x Diam. Ext. (mm)

RADIO MÍNIMO DE CURVATURA PARA CABLE DE 35 kV

15 x Diam. Ext. (mm)

Tipo de cable Radio mínimo de curvatura

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A.8 Cuando se utilicen tubos de PADC estos debenquedar alineados evitando deflexiones agudasque propicien la pérdida de hermeticidad en lospuntos de unión, en secciones rectas se permiten

pequeñas deflexiones en los coples no mayores a2 grados con respecto al eje de la línea. En todoslos cambios de dirección agudos en proyecciónhorizontal se debe utilizar pozos de visita,igualmente en los cambios verticales que indiqueel proyecto.

A.9 Los ductos de PADC, con campana integrada ó concople, deben garantizar una unión hermética. Launión de los ductos de polietileno de alta densidadcorrugados serán por medio de coples ó espigascampana de acuerdo con la norma AASHTO

M252-97 y los requisitos de hermeticidad al aguade acuerdo a la norma ASTM D3212-9697.

A.10 Cuando se utilicen tubos de PAD, se recomiendaemplear tramos continuos de registro a registro.En caso de ser necesario las uniones se realizaráncon termofusión ó con coples para PAD.

A.11 Los tubos de PAD deben cumplir con laespecificación CFE DFI00-23 y sólo se podránutilizar en colores rojo y naranja ó negro confranjas rojas como se establece en la mencionadaespecificación.

A.12 Cuando se utilicen tubos de PAD de pared lisa, sedebe emplear una RD de 13.5

A.13 En todos los casos debe respetarse las tensionesmáximas de jalado y presiones laterales máximaspermisibles de los cables que se indican en la tabla5.5.4.2-D.

Cuando el fondo de la excavación para alojar el banco deductos sea inestable, por estar constituido por cenizas,carbones, basura, material orgánico ó fragmentos dematerial inorgánico, se debe considerar que durante elproceso de construcción se excavará para estabilizar elterreno veinte cm extras, mismos que se rellenarán de lasiguiente manera: 10 cm con arena húmeda y apisonadahasta lograr el 95% proctor de compactación, los

B) TERRENO BLANDO Y NORMAL.

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restantes 10 cm se rellenarán con arena térmica acorde alo establecido en estas Normas; con el objeto de disponerde una superficie estable y nivelada para la correctacolocación y asiento de los bancos de ductos todo lo

anterior es para hacer las consideraciones en elincremento de los volúmenes de obra desde la fase deproyecto.

Para estos casos únicamente podrá utilizarse tubo dePAD en colores rojo o naranja y con una leyenda queindique peligro en tramos continuos de pozo de visita apozo de visita. En caso de que el trazo de la línea estecontemplado en lugares no urbanizados, la profundidaddel banco de ductos será la misma utilizado en terreno debajo nivel fréatico. Ver sección 7.1.2. Para este caso sedebe señalar la línea con baliza señalizadora fig. 5.3.2-C.

C) TERRENOS CON NIVEL FRÉATICO MUY ALTO.

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CFE - AT - OC

NORM

CFE T OC

Figura 5.3.2-C

N. P. T.

PROHIBIDO EXCAVAR

CABLE DE ALTA TENSIÓNSUBTERRÁNEO

0.30 m

0.30 m

1.20 m

BALIZA SEÑALIZADORA

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D) TERRENO ROCOSO.

5.3.3 PERFORACIÓN HORIZONTAL DIRIGIDA.

5.3.4 INSTALACIONES EN PUENTES O CRUCE DE RÍOS.

A) INSTALACIONES EN PUENTES.

B) CRUCE DE RÍOS.

Para el diseño del banco de ductos con tubos de PADdebe considerarse incluir un asiento de arena térmica de

10 cm de espesor, acorde a lo establecido en estasnormas.

Para el diseño del banco de ductos deben considerarse lautilización únicamente tubos de PAD con una RD 13.5 tantopara alojar los cables de potencia como los de control y elneutro corrido.

Con la finalidad de aprovechar las instalaciones enpuentes que pueden ser utilizados para construir líneasde alta tensión, invariablemente deben diseñarse en suaspecto de Obra Civil conforme a las especificaciones delas autoridades que tengan jurisdicción sobre esa vía decomunicación.

En caso de que por restricciones técnicas no sea posibleusar el puente, la construcción de Obra Civil de la línea dealta tensión será a través del método de PerforaciónHorizontal Dirigida, recomendando que para determinarla profundidad a la que se instalará el ducto por debajodel lecho del río, se tomen en cuenta las obras de dragadoque pudieran existir en el lugar.

Es importante señalar que esta instalación eléctrica debequedar indicada en la Cartografía Oficial Mexicana oCarta de Navegación correspondiente y tener los avisosde señalización en la instalación.

Cuando la resistividad térmica del terreno no sea la adecuadano podrá emplearse este método constructivo.

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5.5 CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DEPROYECTOS

5.5.1 EVALUACIÓN ECONÓMICA DE PROYECTOS DE ALTA TENSIÓN.

A) ANÁLISIS DE RENTABILIDAD.

B) COSTOS ASOCIADOS AL PROYECTO.

El objetivo del análisis de rentabilidad es el de calcular latasa interna de retorno del proyecto (TIR) y la relaciónBeneficio / Costo (B/C). Para ello es preciso identificarlos costos y beneficios del proyecto.

TASA INTERNA DE RETORNO: Es aquella para la cual seiguala el valor presente de los costos y el valor presente

de los beneficios tomando como periodo la vida útil delproyecto.

RELACIÓN BENEFICIO / COSTO: Es el cociente del valoractualizado de los beneficios, descontado el costo deoperación y mantenimiento, y del valor actualizado delos costos de inversión.

VALOR PRESENTE NETO: Es el valor actualizado de losbeneficios y costos, a una tasa de descuento que reflejeel costo de oportunidad del capital involucrado en elproyecto.

Los tres criterios mencionados tienen relación entre sí y deberán cumplir las siguientes condiciones:

TIR > Tasa de descuento

VPN >0

B/ C >1

Para el caso de proyectos de alta tensión, el análisis derentabilidad considera una Tasa de Descuento del 10% y una Vida Útil de los Proyectos de 30 años para líneas y subestaciones y 15 años para los elementos decompensación reactiva.

LOS COSTOS ASOCIADOS CON EL PROYECTO:

- Costos de inversión.

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NORMA NORMAS DE DISTRIBUCIÓN-CONSTRUCCIÓN-LÍNEAS SUBTERRÁNEAS

DISEÑO Y PROYECTO ALTA TENSIÓN


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- Costos de operación y mantenimiento.

- Costos incrementales “lado fuente” asociados con laenergía incremental y costos Incrementales “hacialado de carga” asociados con la energía incremental.

COSTOS MARGINALES: El costo marginal se definecomo el cambio en los costos totales cuando se presentaun pequeño cambio en la demanda. Estos costospueden cambiar de acuerdo con las circunstanciasregionales y con el tiempo.

Para el caso de la energía eléctrica, en el corto plazo loscambios en la demanda se atienden mediante ajustes enel esquema de despacho, de donde las variables a

considerar en cuanto a costos, están dadas por elsistema de generación existente.

En el largo plazo, sin embargo, los cambios en lademanda deberán ser cubiertos mediante adiciones enla oferta, que para el uso caso del sector eléctrico serefieren a nuevas obras de generación, transformación y distribución.

Así, para determinar el costo de adicionar un kilowatio-hora o un kilowatio, ante pequeños cambios dedemanda, se deberán tener en cuenta los costos de las

futuras expansiones incluyendo la inversión y los costosde operación y mantenimiento durante la vida útil de losproyectos.

COSTO INCREMENTAL PROMEDIO DE LARGO PLAZO:Para calcular los costos marginales de largo plazo, esnecesario tener una curva de oferta continua, de talmanera que se pueda obtener la relación de cambio delos costos frente a cambios infinitesimales de lademanda.

Sin embargo, en el sector eléctrico las inversiones en

generación, transmisión, y distribución, prevéncambios discretos en la oferta y no es posible hacerdivisiones infinitesimales de estas inversiones. Se tieneentonces un curva de oferta discreta.

Este hecho hace que se utilicen en lugar de los costosmarginales, los costos incrementales promedio de largoplazo. Se busca obtener en un periodo de tiempo dadocual es el costo promedio de la adición de un nuevo kWh

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ante un cambio de demanda promedio en ese mismohorizonte. Se abandona de esta manera el supuesto depequeños incrementos en la demanda y se asume queesta crecerá a una tasa media durante el tiempoconsiderado.

Así en términos de valor presente, el costo de adicionaruna unidad o costo incremental promedio de largo plazo(CIPLP) multiplicado por las unidades adicionales en elperiodo, debe ser igual al costo de las adiciones en cadaperiodo. Matemáticamente esta igualdad se expresaasí:

CIPLP: Costo Incremental Promedio de Largo Plazo.

Ctqt: Costo de generar qt unidades en el periodo t.

Coqo: Costo de generar qo unidades en el periodo O.

i: Tasa de Descuento.

N: Año de la ultima inversión.

M: Ultimo año de vida del ultimo proyecto.

Los costos incrementales “lado fuente” se obtienencomo el producto de los costos marginales en el puntode entrega al proyecto por el valor de demandaincremental asociada al proyecto.

Los costos incrementales “hacia lado carga”, por otraparte, son aquellos relacionados con los costosadicionales requeridos para hacer llegar la energía

incremental a los usuarios finales. Estos costos secalculan como la diferencia entre los costos marginalesa nivel del usuario menos los costos marginales en elpunto de salida del proyecto.

COSTO DE OPORTUNIDAD: Partiendo del hecho de quelos recursos económicos son escasos y que los agenteseconómicos tienen que escoger entre varias alternativas

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M

Ot t

OOttN

Ot t

Ot

i1

qCqC

i1

qqCIPLP

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para invertir o consumir, se define el costo deoportunidad como el valor de la mejor opción rechazada.

Así, el costo de oportunidad del capital que se invierte enun proyecto de reducción de pérdidas de energíaeléctrica puede ser el valor que se obtendría en unainversión distinta (por ejemplo la rentabilidad producidapor bonos en el mercado internacional).

COSTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO: Una vezque un proyecto ha entrado en operación comercial, esnecesario incurrir en unos costos que permitanmantener el proyecto en buenas condiciones operativasy en funcionamiento continuo. Estos costos incluyen elpersonal de operación y mantenimiento, repuestos,materiales y equipos de operación, etc. Todos estoscostos con sti tuy en l os costos de opera ci ón y mantenimiento del proyecto.

LOS BENEFICIOS ASOCIADOS CON EL PROYECTO SON:

- Beneficios asociados con la energía incremental.

- Beneficios por mejoras en la confiabilidad.

- Beneficios por ahorros en costos operativos (reducciónde pérdidas y economía de despacho)

Los beneficios asociados a la energía incrementalcomprenden el valor asociado a la energía y potenciaentregadas a los consumidores mediante el proyecto,que de otra manera no se materializarían. Un ejemplo loconstituye una línea de interconexión a una regióndeficitaria. La metodología para calcular la energíai nc re me nt al p ue de v ar ia r d e a cu er do c on l ascaracterísticas del proyecto; en el caso mencionado,dicha energía se asocia con la energía suministrada por lalinea por encima de aquella que se suministra cuando sesatura la interconexión existente, tal y como se ilustra enla siguiente figura:

C) BENEFICIOS ASOCIADOS AL PROYECTO.

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CFE - AT- CTDP




38/90

La energía incremental se calcula para cada año delperiodo de estudio. Esta energía se valora de acuerdo conel precio de venta de dicha energía, lo cual requiere unaproyección de la tarifa de electricidad correspondiente.

Además de este beneficio, asociado a la venta de laenergía, se calcula el “excedente del consumidor“(también anualmente) como beneficio adicional asociadoal suministro; para ello se requiere una estimación de laelasticidad precio de la demanda de electricidad.

EXCEDENTE DEL CONSUMIDOR: Es un conceptorelacionado con la demanda. Mide los beneficios delconsumidor y es útil para evaluar los beneficios deproyectos públicos, (energía eléctrica por ejemplo) dondeexisten subsidios y esquemas tarifarios que no reflejannecesariamente las condiciones del mercado.

El excedente del consumidor se define como la diferenciaentre la cantidad de dinero que el consumidor estadispuesto a pagar por una cierta cantidad de un bien óservicio y lo que el consumidor realmente paga. En las ig ui en te f ig ur a 5 .5 .1 - C. 2 s e p ue de a pr ec ia rgráficamente este proceso.

ENERGIA INCREMENTAL

DEMANDA

Saturación proyecto

Saturación sistema existente

TIEMPO

Figura 5.5.1-C.1

Energía incremental

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39/90

MEJORAS EN LA CONFIABILIDAD: Estas se calculancomo la diferencia en energía no servida debido acontingencias con y sin proyecto para la demanda desaturación. El procedimiento involucra identificar lacontingencia más severa que causa cortes de carga parala condición de máxima carga. La energía no servida secalcula entonces como el producto de la carga cortada enesas condiciones por la duración estimada de la falla.

Esto asume que la falla ocurre siempre en el pico. Cuandose dispone de estadísticas de salida para el componenteque causa la falla, estos se usan para estimar la energíano servida. De lo contrario se usan valores típicos (porejemplo, dos horas / año para una linea de alta tensión de115 kV). Una vez calculado, el beneficio de energía noservida se asume constante para todo el periodo deevaluación.

Este procedimiento sobrestima la energía no servidadebido a la contingencia más severa puesto que asumeque la probabilidad de que esta ocurra durante el pico es

igual a la unidad. Sin embargo es de hacer notar que engeneral los beneficios asociados a la energía no servidason muy pequeños en comparación con los otrosbeneficios asociados a los proyecto de alta tensión, y portanto tienen un peso mucho menos importante en laevaluación económica de los proyectos (en muchoscasos el beneficio asociado a energía-no-servidarepresenta menos de un 3% de los beneficios totales).

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PRECIO

Disponibilidad a pagar

Excedente del consumidor

Precio realmente pagado

P2

P1

0

Figura 5.5.1-C.2

Q1 CANTIDAD

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REDUCCIÓN DE PERDIDAS: Los Ahorros en pérdidas depotencia se calculan para la demanda de saturación y sinel proyecto utilizando programas de flujo de carga. Laspérdidas de potencia se traducen a pérdidas de energíautilizando la relación (factor de P´wrdidas = (Factor deCarga ). Los ahorros en perdidas se valoraron al costomarginal en el punto de entrega al proyecto. Estos costosmarginales se indicaron con antelación. Las pérdidas seasumen constantemente para toda la duración delperiodo de evaluación.

Los líneas de alta tensión subterráneas generalmenteson menores a 5 km de longitud, por lo que pueden serconsiderados como líneas cortas. Se utilizar

²

5.5.2 CAÍDA DE TENSIÓN Y PÉRDIDAS.

A) CIRCUITO EQUIVALENTE.

B) VALORES MÁXIMOS PERMITIDOS.

á para loscálculos de caída de tensión el circuito equivalente deresistencia y reactancia inductiva en serie, de la sección5.5.2-C.

E

Líneas de alta tensión.

n condiciones normales de operación, el valor máximo

de la caída de tensión no debe exceder del 1% desde elpunto de conexión.

El cálculo debe realizarse involucrando todas las cargasconectadas desde el inicio de la línea hasta el punto deapertura correspondiente.

El valor máximo de las pérdidas de potencia en demandamáxima no debe exceder del 2%.

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41/90

C) VALORES DE RESISTENCIA, REACTANCIA INDUCTIVA Y REACTANCIA CAPACITIVA.

Las condiciones empleadas en los cálculos son lassiguientes:

1) Los conductores son redondos compactos para loscalibres de 500, 750 y 1,000 kcmil; redondoscomprimidos para los calibres 1,250 y 1,500 kcmil; y de 4 segmentos, para calibres 1,750 y 200 kcmil.

2) La pantalla metálica de los cables esta formada por 12alambres de cobre calibre 13 AWG, para los cablescon conductor 500, 750 y 1,000 kcmil; y por 19alambres de cobre calibre 13 AWG, para los cablescon conductor 1,250, 1,500,1,750 y 2,000 kcmil.

3) El aislamiento de todos los cables es XLP.

4) La configuración empleada es equilátera. Laseparación entre centros de cables es de 170 mm;excepto para los cables de 1,750 y 2,000 kcmil de 115kVy 138 kVy para los cables de 1,500 kcmil de 138 kV,donde la separación entre los centros de cables es de220 mm.

5) Los datos se presentan para un solo circuito, para doscircuitos se considera que los resultados van a sermuy cercanos a los de un solo circuito.

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Figura 5.5.2-B

CRITERIO OBJETO DE DISEÑO

Diseño de la redde alta tensión

Calidad de Serviciosbajo condiciones

normales

L a r eg ul ac ió n d e v ol ta je e n r ég im enpermanente se debe conservar en +1% y -1%y el régimen de emergencia en +4% y -7%

Seguridad enEstado Estable

Evitar que la ocurrencia de una contingenciasencilla resulte en:

A) Violación de límite térmico en líneas.

B)Sobrecargas que provoquen disparoinstantáneo de banco de alimentación.

C)Pérdida de carga excepto cuando laalimentación sea radial en línea sencillo.

APLICACIÓN

Diseño de la redde alta tensión

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VoltajeCalibre

delcable

Materialdel

conductorCapacitancia

Reactanciacapacitiva

Pantallas aterrizadasen un solo punto

Resistenciaen c.a. Inductanciaa 90ºC

Reactanciainductiva

a 60 Hz

Inductancia

Resistenciaaparente

en c.a.a 90ºC

Reactanciaaparenteinductiva

a 60 Hz

kV kcmil Cu/Al Micro-Farad/km Ohm-km Mili-Henry Ohm/km Ohm/km Ohm/km Ohm/km

115 CuAlCuAlCuAlCuAlCuAlCuAl

750 0.142 18,685 0.0611 0.590 0.223 0.0797 0.220750 0.142 18,685 0.0986 0.590 0.223 0.1,172 0.220

1,000 0.156 17,013 0.0470 0.559 0.211 0.0644 0.2081,000 0.156 17,013 0.0747 0.559 0.211 0.0920 0.2081,250 0.174 15,220 0.0389 0.523

0.1970.0633 0.191

1,250 0.174 15,220 0.0606 0.5230.197

0.0850 0.191

1,500 0.185 14,328 0.0336 0.505 0.190 0.0568 0.1851,500 0.185 14,328 0.0513 0.505 0.190 0.0745 0.1851,750 0.197 13,458 0.0262 0.528 0.199 0.0552 0.1911,750 0.197 13,458 0.0423 0.528 0.199 0.0713 0.1912,000 0.206 12,854 0.0232 0.514 0.194 0.0512 0.1872,000 0.206 12,854 0.0372 0.514 0.194 0.0651

115

0.187

115115115

115115115115115115

VALORES DE RESISTENCIA, REACTANCIA INDUCTIVA Y REACTANCIA CAPACITIVA

115

PARA CABLES DE 115 kV

5.5.2-C.2

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5.5.2-C.1

VoltajeCalibre

delcable

Materialdel





Reactanciainductiva

a 60 Hz

Inductancia

Resistenciaaparente

en c.a.a 90ºC


a 60 Hz


6969696969696969

69696969

500500750750

1,0001,0001,2501,250

1,5001,5001,7501,7502,0002,000

6969

CuAlCuAlCuAlCuAl

CuAlCuAlCuAl

0.1440.1440.1630.1630.1800.1800.2020.202

0.2150.2150.2280.2280.2390.239

18,45118,45116,31116,31114,77814,77813,14713,147

12,34112,34111,64511,64511,10011,100

0.09000.1,4690.06110.09860.04700.07470.03890.0606

0.03360.05130.02630.04230.02330.0372

0.633

0.590

0.559

0.523

0.505

0.476

0.463

0.633

0.590

0.559

0.523

0.505

0.476

0.463

0.239

0.223

0.211

0.197

0.190

0.180

0.175

0.239

0.223

0.211

0.197

0.190

0.180

0.175

0.13110.17000.08250.11990.06690.09460.06660.0884

0.05990.07770.04970.06570.04570.0596

0.2340.2340.219

0.207

0.190

0.184

0.174

0.169

0.219

0.207

0.190

0.184

0.174


0.169


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43/90

5.5.3 LINEAMIENTOS GENERALES PARA LA EVALUACIÓNDE LINEAS DE ALTA TENSIÓN.

A) SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIÓN.

B) LINEAS DE ALTA TENSIÓN.

Condiciones de Operación Normal. Se considera comocarga nominal, la capacidad al 80% de la capacidadm áx im a d e t ra ns fo rm ac ió n e n l a i ns ta la ci ón ,entendiéndose que esta capacidad se refiere a una mismarelación de transformación. Magnitudes de cargasuperior a la capacidad nominal total, se considerancomo corte de carga permanente.

Condiciones de operación en contingencia. En estasituación se considera que el equipo no fallado, puedeoperar temporalmente con una sobrecarga del 20% y porencima de capacidad del último paso de enfriamiento, seconsiderará como corte de carga.

Para efectos prácticos en el nivel de alta tensión, seutilizan dos criterios que definen la capacidad detransmisión:

B.1 Criterio de límite térmico.

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5.5.2-C.3

VoltajeCalibre

delcable

Materialdel





Reactanciainductiva

a 60 Hz

Inductancia

Resistenciaaparente

en c.a.a 90ºC


a 60 Hz


138 CuAlCuAlCuAlCuAl

CuAlCuAl

750 0.137 19,415 0.0611 0.590 0.223 0.0789 0.220750 0.137 19,415 0.0986 0.590 0.223 0.1163 0.220

1,000 0.150 17,703 0.04700.559

0.211 0.0636 0.2081,000 0.150 17,703 0.0747

0.5590.211 0.0913 0.208

1,250 0.16715,864

0.0389 0.523 0.197 0.0623 0.1921,250 0.167

15,8640.0606 0.523 0.197 0.0840 0.192

1,500 0.177 14,948 0.0334 0.556 0.210 0.0642 0.2011,500 0.177 14,948 0.0512 0.556 0.210 0.0820 0.201

1,750 0.189 14,048 0.0262 0.528 0.199 0.0542 0.1921,750 0.189 14,048 0.0423 0.528 0.199 0.0703 0.1922,000 0.198 13,425 0.0232 0.514 0.194 0.0502 0.1872,000 0.198 13,425 0.0372 0.514 0.194 0.0642

138

0.187

138138138138138138

138138138


138


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44/90


En este tipo de líneas el criterio de “Apertura Angular” o“Margen de Estabilidad”, no se aplica, debido al pocoimpacto de estas en la seguridad del sistema eléctrico.

Las temperaturas máximas de operacióndel conductor son las siguientes:

- En operación normal = 90ºC.

- En emergencia = 130º C. La condiciónde emergencia debe limitarse a 1,500 hacumulativas durante la vida del cable y no más de 100 h en doce mesesconsecutivos.

- En corto circuito = 250ºC.

L a c or ri en te m áx im a q ue p ue de ntransportar los cables, en cada condiciónde operación, debe ser menor o igual a lacapacidad de conducción de corrientedeterminada mediante cálculos basadosen métodos de ingeniería reconocidospara tal fin, tomando en cuenta lastemperaturas máximas de operacióni nd ic ad as y l as c on di ci on es d einstalación y operación. Un aspectoimportante que se debe tener en cuentaes el aterrizaje de las pantallas metálicasde los cables, si es en uno ó mas puntos ósi se emplean métodos especiales comoel cross-bonding, ya que la capacidad deconducción de corriente de los cablesdepende de ello.

B.1.2 Tiempo de liberación de fallas a tierra.

Los cables con un nivel de aislamiento de100% pueden utilizarse en sistemasprovistos con dispositivos de protección,tales que las fallas a tierra se eliminen tanpronto como sea posible, pero en

B.1 Criterio de limite térmico.

B.1.1 Capacidad de conducción de corriente.

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45/90

cualquier caso antes de un minuto.Mientras este tipo de cables se puedenutilizar en la mayoría de las instalacionesen sistema s a ter ri za dos, t ambi énpueden ser usados en otros sistemas,siempre y cuando los requerimientos deliberación de la falla indicados arriba sec u m p l a n a l d e s e r n e r g i z a rcompletamente la sección con la falla.

Los cables con un nivel de aislamiento de133% corresponden a los designadosa nt er io rm en te p ar a s is te ma s n oaterrizados. Estos cables pueden serutilizados en casos en que no puedancumplirse los requisitos de eliminaciónde falla de la categoría de 100% de nivelde aislamiento, pero en los que existauna seguridad razonable de que lasección que presenta la falla seradesenergizada en un tiempo no mayor au na h or a. A si mi sm o, p ue de n s erutilizados cuando sea deseable emplearun espesor de aislamiento adicional alde los cables con 100% de nivel deaislamiento.

B.1.3 Tensión máxima de operación.

Los cables a emplear deben cumplir conla especificación CFE E0000-17. Latensión de operación entre fases puedeexceder la tensión nominal entre fases delos cables, en 5% durante la operacióncontinua del cable ó en 10% enemergencias de una duración no mayor a15 minutos.

Este criterio se aplica para líneas de alta tensión demediana y gran longitud, en base a la expresiónsiguiente:

Donde:


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L002082.0005.2Zv

)PRVe

2

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V= Tensión nominal de la línea en kV

Z = Impedancia característica de la línea en Ohms

Z = Impedancia serie de la línea

Y= Admitancia total de la línea

L=Longitudenkmdelalínea

Prv = Capacidad de transmisión por regulación devoltaje en MW.

Es importante mencionar que la capacidad detransmisión de una línea, se debe de obtenerestrictamente con modelos de simulación.

* Los datos de esta columna son para fines prácticos

Para la capacidad de conducción, se deben tomar encuenta los factores de carga con los que se tenganconsiderados líneas en servicio en condiciones normalesy de emergencia, así como el tipo de aterrizamiento de laspantallas. Las tablas siguientes muestra las capacidades

e

5.5.4 CABLES.

A) SECCIÓN TRANSVERSAL DE CONDUCTORES.

B) CAPACIDAD DE CONDUCCIÓN.

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Y ZZe

500750

1,0001,250

7501,0001,2501,6002,000

380.0506.7630.0800.0

1,013.0

69 kV

115

Ó

138 kV

Tensión

Sección

Transversal(mm²) *kCM

250400500

Tabla 5.5.4-A

630

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CFE - AT- CTDP




47/90

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de conducción para las líneas con cables de diferentesección transversal, factores de carga y diferentestensiones, considerado ductos de polietileno de altadensidad en relleno térmico.

Al Cu Al Cu

500 253.40 507 646 N.D. N.D.

750 380.00 732 929 630 800

1,000 506.70 863 1,087 745 938

1,250 633.40 988 1,234 852 1,064

1,500 760.10 1089 1,345 940

1,750 886.73 1,217 1,543 1,209 1,535

2,000 1,013.40 1,312 1,658 1,305 1,651

Conductor Tensiones

69 kV 115 y 138 kV Secciónen mm²

CalibrekCM

CAPACIDADES DE CONSTRUCCIÓN DE CORRIENTE PARA UNA LINEA EN CONFIGURACIÓN TRIANGULAR EQUILÁTERA

CON ATERRIZAJE DE PANTALLA DE TIERRA EN UN SOLOPUNTO CON FACTOR DE CARGA 50%.

5.5.4-B.1

5.5.4-B.2

Al Cu Al Cu

Conductor Tensiones


CalibrekCM

500 253.40 N.D. N.D.

750 380.00

1,000 506.70

1,250 633.40

1,500 760.10

1,750 886.73

2,000 1,013.40

397 573

559 710 556 705

654 824 650 819

743 928 738 922

815 1,007 811 1,002

907 1,151 901 1,143

982 1,332 968 1,224



921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




48/90

Notas:- Se considera la pantalla de tierra de 29.71 mm² de sección para calibres1,000 kCM o menores y 49.5 mm² de sección para 1,250 kCM ó mayores.

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5.5.4-B.3

500 253.40 N.D. N.D.

750 380.00

1,000 506.70

1,250 633.40

1,500 760.10

1,750 886.73

2,000 1,013.40

397

542 491

631 574

712 648

779 710

865 873

927 937

506

668

795

889

962

1,096

1,172

624

723

810

955

1,108

1,185

Al Cu Al Cu

Conductor Tensiones


CalibrekCM



5.5.4-B.4

483 600

690 849 578 697

799 970 694 844

874 1031 761 901

951 1,109 827 1,1211,042 1,227 1,005 1,172

1,108 1,296 1,066 1,233

500 253.40 N.D. N.D.

750 380.00

1,000 506.70

1,250 633.40

1,500 760.101,750 886.73

2,000 1,013.40

Al Cu Al Cu

Conductor Tensiones


CalibrekCM


CON ATERRIZAJE DE PANTALLA DE TIERRA EN DOSPUNTOS CON FACTOR DE CARGA 50%.

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




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Notas:- Se considera la pantalla de tierra de 29.71 mm² de sección para calibres1000 kCM o menores y 49.5 mm² de sección para 1250 kCM o mayores.

Notas:- Se considera la pantalla de tierra de 29.71 mm² de sección para calibres1000 kCM o menores y 49.5 mm² de sección para 1250 kCM o mayores.

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5.5.4-B.5

500 253.40 N.D. N.D.

750 380.00

1,000 506.70

1,250 633.40

1,500 760.10

1,750 886.73

2,000 1,013.40

426 528

519 635 521 641

595 717 601 728

641 749 651 767

694 801 704 819

755 879 767 900

805 924 813 948

Al Cu Al Cu

Conductor Tensiones


CalibrekCM



5.5.4-B.6

500 253.40 N.D. N.D.

750 380.00

1,000 506.70

1,250 633.40

1,500 760.10

1,750 886.73

2,000 1,013.40

374 463

502 613 443 532

572 689 527 638

611 713 567 666

660 761 612 776

715 832 693 795

756 872 729 830

Al Cu Al Cu

Conductor Tensiones


CalibrekCM



921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




50/90

C) NIVEL DE AISLAMIENTO.

D) TENSIONES DE JALADO PARA CABLES.

E) CONEXIONES DE PANTALLAS.

Todos los cables deben de tener un nivel de aislamiento

del 100%.

Como resultado obtenido en la memoria de cálculo paratensiones máximas de jalado y presión lateral máximapermisible; a continuación se muestra en la tabla

5.5.4.2-D los valores máximos permitidos para losdiferentes calibres de cable.

La función principal de la pantalla metálica es la deconfinar al campo eléctrico dentro del aislamiento, paraevitar la presencia de un potencial peligroso en elexterior del cable. Sin embargo la corriente eléctrica quecircula por el conductor de los cables induce tensiones ócorrientes en las pantallas metálicas. Para realizar un

diseño correcto del sistema eléctrico se requiere conocerestas tensiones ó corrientes inducidas, ya que de notomarlas en cuenta se pueden presentar problemas muy graves en la operación de los cables, que pueden poneren riesgo la integridad de los bienes y de las personas; ós e p ue de n p re se nt ar c os to s d e o pe ra ci ónextremadamente altos debidos a las corrientescirculando en las pantallas.

Tratándose de salidas subterráneas de Líneas de altatensión, desde Subestaciones de Distribución hacia latransición subterráneo-aéreo, el nivel de aislamiento delos cables debe ser de 133%.

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Tabla 5.5.4.2-D

CalibrekCM Aluminio (kg) Cobre (kg) 69 kV (kg) 115 kV (kg) 138 kV (kg)

500.0 253.3 1,342.7 1,773.3 735.7

750.0 380.0 2,014.0 2,660.0 871.5 965.2 992.1

1,000.0 506.7 2,685.3 3,546.7 917.1 1,010.8 1,037.7

1,250.0 633.3 3,356.7 4,433.3 996.6 1,090.3 1,117.2

1,500.0 760.0 4,028.0 5,320.0 1,033.6 1,127.0 1,154.2

1,578.9 800.0 4,240.0 5,600.0 1,054.6 1,148.1 1,175.2

1,750.0 886.7 4,699.3 6,206.7 1,068.1 1,161.6 1,188.7

2,000.0 1,013.3 5,370.7 7,093.3 1,099.6 1,193.1 1,220.2

NO DISPONIBLE

Tensión máxima de jalado Presión lateral máxima permisibleSecciónen mm²

VALORES MÁXIMOS DE TENSIÓNES Y PRESIONES LATERALESPERMITIDOS PARA LOS DIFERENTES CALIBRES DE CABLE

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




51/90


52/90

perpendicular a la superficie por el área de lasuperficie que atraviesa, como se presenta en lafigura siguiente:

Esto se expresa con la siguiente fórmula:

(1)

Donde:

= Flujo magnético, en weber (Wb)

B =C am po m ag né ti co p er pe nd ic ul ar a l asuperficie, en tesla (T).

A = Área de la superficie en m².

Si el campo magnético perpendicular a lasuperficie no es constante en toda su área la

formula anterior se substituye por una integral:

(2)

Donde:

dA= Diferencial de área en m².

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A B

dA B

Figura 5.5.4.2-E.2

FLUJO MAGNÉTICO

Campo magnético B

Área = A

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




53/90

E.3 Fuerza electromotriz y corriente inducida.

Cuando el flujo magnético a través de unasuperficie varia con el tiempo se induce en elperímetro de la superficie una fuerza electromotrizo tensión eléctrica, como se aprecia en la figura5.5.4.2-E.3.1.

La Fuerza electromotriz generada es igual a la

razón negativa de la variación del flujo magnéticocon respecto al tiempo. Esto se conoce como la ley de Faraday y se representa con la siguientefórmula:

(3)

Donde:

Fem=Fuerza electromotriz generada en volts.

dø/dt = Variación del flujo magnético con respectoal tiempo, en weber sobre segundo(Wb/s).

Si en el perímetro de la superficie en la cual seproduce el flujo magnético variable en el tiempoexiste una trayectoria conductora, como por

Pág. 20 de 45

dtd

Fem

Figura 5.5.4.2-E.3.1

FUERZA ELECTROMOTRIZ GENERADA POR UN FLUJOMAGNÉTICO VARIABLE EN EL TIEMPO

Campo magnético Bvariable en el tiempoÁrea = A

Fuerza electromotrizinducida Fem=V

(Volts =v)

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




54/90

ejemplo un alambre metálico, se va a inducir unacorriente eléctrica, como se aprecia en la figura5.5.4.2-E.3.2.

Tomando en cuenta estas leyes básicas delmagnetismo vamos a analizar como se relacionancon el fenómeno de tensiones y corrientesinducidas en las pantallas de cables de energía.

En la figura 5.5.4.2-E.4.1 se muestra el caso dedos cables con pantalla metálica, donde uno deellos transporta corriente eléctrica alterna. Estacorriente produce un campo magnético que rodeaal conductor. Como las pantallas están separadas

físicamente, existe un flujo magnético en lasuperficie que las une. Este flujo magnético esvariable en el tiempo, ya que la corriente que loproduce es variable en el tiempo por ser alterna,por lo que induce una fuerza electromotriz en elcircuito de las pantallas. Si las pantallas estánunidas en dos puntos, como se muestra en lafigura, se va a formar un circuito conductor

E.4 Aplicación de los conceptos al caso depantallas metálicas.

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Figura 5.5.4.2-E.3.2

INDUCCIÓN DE CORRIENTE EN UNA TRAYECTORIA CONDUCTORA ALREDEDOR DE UN FLUJO MAGNÉTICO EN EL TIEMPO

Campo magnético Bvariable en el tiempo

Fuerza electromotrizinducida

Trayectoria conductorarodeando al área A

Corriente eléctricainducida

Área = A

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




55/90

cerrado y se va a inducir una corriente en ellas. Silas pantallas están unidas en un solo punto, elcircuito conductor no es cerrado y únicamente seva a inducir una tensión eléctrica entre laspantallas en el extremo en el que no están unidas.

Relacionando esto con la instalación del cable, silas pantallas están aterrizadas en dos ó máspuntos se va a inducir una corriente en ellas y siestán aterrizadas en un solo punto se va a inducirun voltaje en el extremo no aterrizado entre ellas,y entre cada una de ellas y tierra. La inducción decorriente o tensión en las pantallas tiene que vercon su unión y no con el aterrizaje, la relación conel aterrizaje es porque cuando se aterrizan laspantallas se unen entre sí.

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Figura 5.5.4.2-E.4.1

INDUCCIÓN DE CORRIENTE EN PANTALLAS METÁLICAS UNIDAS EN DOS PUNTOS

Conexión eléctrica delas pantallas metálicas

Pantalla metálica

Corriente inducida enlas pantallas metálicas Ip

Conductor metálico

Campos magnéticos B

Corriente enel conductor I

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




56/90

E.5 Impedancia, resistencia y reactanciainductiva.

En la figura 5.5.4.2-E.5.1se muestra el circuitoequivalente de una fase de cables sin pantallametálica o con la pantalla metálica aterrizada enun solo punto. Los cables con pantalla metálicaaterr izada en un solo punto, pueden serconsiderados como cables sin pantalla para elcálculo de la impedancia, ya que no circulacorriente por las pantallas.

E=Tensión en el conductor, en volts/km

I=Corriente del conductor, en amperes.

R=Resistencia del conductor en corriente alternala temperatura de operación, en ohm/km.

X =Reactancia inductiva del conductor, enohm/km = 2 fL

Figura 5.5.4.2-E.5.1.Cables sin pantalla y con lapantalla metálica aterrizada en un solo punto.

Para este caso la impedancia se calcula con lasiguiente fórmula:

(4)

Donde:

L

ð

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2L

2 X RZ

Figura 5.5.4.2-E.5.1

E

R

I

I) X R(E 212

L

X L

2

Conductor

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




57/90

Z = Impedancia del cable en ohm/km.

R= Resistencia del conductor del cable encorriente alterna, a la temperatura deoperación, en ohm/km.

X = Reactancia inductiva, en ohm/km.

En los cables con las pantallas aterrizadas en dosó más puntos no se puede emplear la formulaanterior para calcular la impedancia, ya quecircula corriente por las pantallas. En la figura5.5.4.2-E.5.2 se muestra el circuito equivalente deuna fase de un cable con las pantallas aterrizadasen dos ó más puntos. Para calcular la impedanciaen este caso tenemos que determinar unaresistencia y reactancia aparentes, como se indicaen la figura 5.5.4.2-E.5.3.

X , X = Reactancia inductiva propia de conductory pantalla, respectivamente.

R,R = Resistencia de conductor y pantalla,

respectivamente.

I = corriente en el conductor.

X = Reactancia Inductiva mutua entre elconductor y las pantallas.

E = Tensión en el conductor.

L

L P

P

M

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Figura 5.5.4.2-E.5.2

Ip

E

R

I X M

X X L P

R MP X P X

Conductor

Unión de

Pantalla

las pantallas

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




58/90

I = corriente inducida en la pantalla.

E= Tensión en el conductor, en volts / km.

I= Corriente en el conductor, en amperes.

R = Resistencia aparente del conductor encorriente alterna a la temperatura deoperación, en ohm / km.

X = Reactancia inductiva aparente delconductor, en ohm / km.

En esta sección vamos a presentar las ecuacionespara calcular la resistencia y reactancia aparentespara el caso de un circuito trifásico enconfiguración triangular equilátera, ya que por lasimetría que presenta es el más sencillo. En laf ig ur a 5 .5 .4 .2 .- E .6 s e p re se nt a u n c or tetransversal de la configuración equilátera.

P

A

LA

E.6 Resistencia y reactancia aparentes enconfiguración triangular equilátera.

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Figura 5.5.4.2-E.5.3

I) X R(E 212

LA 2

A

LA X

RA

E

Conductor

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




59/90

S = Separación entre centros de cables, en mm.

r = Radio medio de la pantalla, en mm.

Para este caso la resistencia aparente se calcula deacuerdo a lo siguiente:

(5)

Donde:

R = Resistencia aparente en corriente alterna delconductor a la temperatura de operación, enohm/km

R = Resistencia del conductor en corriente alternaa su temperatura de operación, en Ohm/km.Para calcular esta variable consultar lareferencia 1.

R = Resistencia de la pantalla metálica a sutemperatura de operación, en ohm/km. Paracalcular esta variable consultar la referencia1.

X = Reactancia inductiva mutua entre losconductores y las pantallas, en ohm/km.

0

A

P

M

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2P

2M

P2

MA

R X

R X R

Figura 5.5.4.2-E.6

R

S

Conductor Pantalla

r0

S

S

CONFIGURACIÓN TRIANGULAR EQUILÁTERA.

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




60/90

Esto se calcula con la siguiente fórmula.

(6)

Donde

= Frecuencia de operación del sistema, (60 Hz).

M = Inductancia mutua entre los conductores y laspantallas, en henry/km:

(7)

Donde:

S = Separación entre centros de cables, en mm.

r = Radio medio de la pantalla metálica, en mm.

E n c on fi gu ra ci ón t ri an gu la r e qu il át er a l areactancia inductiva aparente se calcula con lasiguiente fórmula:

(8)

Donde:

X = Reactancia inductiva aparente, enOhm/km.

X = Reactancia inductiva propia delconductor, en ohm/km.

Esto se calcula con la siguiente fórmula.

(9)

Donde

0

LA

ƒ

L

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Mƒ2 X M

0

4

r

SLn10x2M

2P

2M

3M

LLA R X

X X X

Mƒ2 X L

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




61/90

ƒ = Frecuencia de operación del sistema, (60 Hz).

L=Inductancia propia de los conductores, enhenry/km. Para calcular esta variable consultarla referencia 1

Como se puede apreciar en la ecuación (5), laresistencia de cables con las pantallas aterrizadasen dos puntos (R ) es mayor que la de los cablescon las pantallas aterrizadas en un solo punto (R).Lo opuesto sucede con la reactancia inductiva,como se puede apreciar en la ecuación (8), ya quela reactancia inductiva de cables con las pantallasaterrizadas en dos puntos (X ) es menor que lareactancia inductiva de cables con las pantallasaterrizadas en un solo punto (X ). Debido a esto laimpedancia de cables con las pantallas metálicasaterrizadas en dos o más puntos es diferente a lade cables con las pantallas metálicas aterrizadasen un solo punto, y por consiguiente las caídas devoltaje también van a ser diferentes.

La corriente inducida en la pantalla metálica decables de energía de circuitos trifásicos enconfiguración triangular equilátera se calcula conla siguiente fórmula:

(10)

Donde:

I = Corriente inducida en la pantalla de un cable,en amperes.

I= Corriente en el conductor de los cables,amperes.

Vamos a definir un nuevo concepto para entenderel fenómeno de las corrientes inducidas en laspantallas:

A

LA

L

p

E.7 Corrientes y tensiones inducidas enconfiguración triangular equilátera.

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2P

2M

2M

PR X

X II

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




62/90

(11)

Donde:

= Razón de pérdidas por efecto joule (I R) entrela pantalla y conductor, sin unidades. Losdemás términos significan lo mismo que enlas ecuaciones (5) y (10).

En la figura 5.5.4.2-E.7.1 se presenta una gráficade contra X con R y R constantes. En estagráfica se aprecia que al aumentar X aumenta ,

es decir al aumentar la inductancia mutua, ó laseparación entre los cables, aumentan laspérdidas en la pantalla.

En la figura 5.5.4.2-E.7.2 se presenta una gráficade contra R , con X con R constantes. Estagráfica tiene un máximo cuando R es igual X .Generalmente R es mayor a X , por lo que aldisminuir la resistencia de las pantallas,aumentando su área transversal, aumentan laspérdidas por efecto Joule o generación de calor enellas.

P

P M P

M P

P P M

P M

P M

2

Pág. 29 de 45

2PM

MP2

PPP

R X

X R

R

RI

RI

Figura 5.5.4.2-E.7.1

P

0 X M

RP y R = constantesP

GRÁFICA DE l CONTRA X CON R y R CONSTANTES.P M P

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




63/90

En función de las condiciones de instalación, uncable puede transmitir cierta cantidad decorriente (lo que se conoce como capacidad deconducción de corriente), lo que es lo mismo,generar por efecto Joule cierta cantidad de calor,de tal forma que no se exceda su temperaturamáxima de operación. Cuando circula corrienteen las pantallas existe una generación de calor por

efecto Joule (I R ) en ellas. Esta generación decalor se suma al calor generado en el conductortambién por efecto Joule (I R). Debido a esto,cuando circula corriente en las pantallas, se debereducir el calor generado en el conductor, para nosobrepasar la temperatura máxima de operacióndel cable. Por lo tanto la capacidad de conducciónde corr iente de cabl es con la s panta lla saterrizadas en dos ó más puntos es menor que lade los cables con las pantallas aterrizadas en unsolo punto. Sin embargo, en cables que tienenpantallas metálicas con un área transversal

pequeña, esta reducción de la capacidad deconducción de corriente del conductor puede serprácticamente despreciable.

La tensión inducida en la pantalla metálica decables de energía de circuitos trifásicos enconfiguración triangular equilátera se calcula conla siguiente fórmula:

p P2

2

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Figura 5.5.4.2-E.7.2

2R X MPmax =

2.000

0.500

1.000

0 1 1.5 2

P

0 RPR = X P M

X y R = constantesM

GRÁFICA DE l CONTRA R , CON X Y R CONSTANTES.P P M

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP




64/90

(12)

Donde:

E = Tensión inducida en la pantalla de un cable,en volts.

L = Longitud del cable, en km. Los demástérminos significan lo mismo que en lasecuaciones (5) y (10).

Como se puede apreciar en la ecuación (12), elvoltaje inducido depende de la corriente en elconductor, a mayor corriente, mayor tensióninducida. El voltaje inducido también depende dela reactancia inductiva mutua (X ), a mayorreactancia inductiva mutua (ó a mayor separaciónentre cables), mayor tensión inducida. En la figura5.5.4.2-E.7.3 se presenta una gráfica Ep contra L,con X e I constantes. En esta gráfica se apreciaque al aumentar L aumenta Ep, es decir alaumentar la longitud de los cables o del circuito,cuando las pantallas están aterrizadas en un solopunto, aumenta linealmente la tensión inducidaen las pantallas.

P

M

M

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IL X E MP

Figura 5.5.4.2-E.7.3

EP

X e I = constantesM

0L

GRÁFICA DE E CONTRA L, CON X e I CONSTANTES.P M

921120 970305 020501 050311

CFE - AT- CTDP



8/18/2019 Cable Alta Tension SUBTERRA

cable alta tension subterraneo

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