PRESENTACIÓN

La presente monografía trataremos de los cables eléctricos aéreos.

Tiene como objetivo comprobar experimentalmente algunas pruebas a las que se someten los cables para garantizar las seguridad del uso y principalmente para lograr el objetivo principal que es transmitir electricidad en forma segura; asimismo conocer los diferentes tipos de cables que nos ofrece el mercado, según su uso específico.

Hicimos uso de las Norma Técnica Peruana NTP 370.250.254; donde describe detalladamente las condiciones a las que se deben someter.

Existen numerosas normas para las diferentes pruebas ya sean eléctricas o mecánicas. A las que las empresas deben cumplir cabalmente.

Vale la pena acotar que en nuestro laboratorio solo se nos es permitido hacer un limitado número de pruebas ya que no contamos con las condiciones necesarias.

Asimismo, recalcar que los cables aéreos necesitan de mayor mantenimiento por lo tanto las condiciones de seguridad son mayores.

Esperamos satisfacer todas las expectativas.

UNMSMPágina 1

CABLES ELECTRICOS AÉREOS

1. ASPECTOS GENERALES

El proyecto define las características que deben satisfacer los conductores aislados

destinados para las líneas aéreas de baja y media tensión.

Los ensayos que se presentan en este informe se rigen a la norma NTP 370.250.254,

además de apoyarnos de la norma NETA (INTERNATIONAL ELECTRICAL TESTING

ASSOCIATION INC) para las especificaciones de pruebas aceptadas en sistemas y equipos

de distribución de potencia eléctrica.

1.1. Alcances del informe

Comprende:

- Recopilación de información técnica.

- Especificaciones técnicas garantizadas de los conductores eléctricos

aéreos “CELSA” e “INDECO”.

- Normas a utilizar.

- Pruebas u ensayos protocolares según norma.

- Resultados obtenidos.

2. MARCO TEORICO

Desde el inicio de su recorrido en las centrales generadoras hasta llegar a los centros de consumo, la energía eléctrica es conducida a través de líneas de transmisión y redes de distribución formadas por conductores eléctricos.

¿Qué es un conductor eléctrico?

UNMSMPágina 2

Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir electricidad.

Un conductor eléctrico esta conformado primeramente por el conductor propiamente tal, usualmente de cobre.

Este puede ser alambre, es decir, una sola hebra o un cable conformado por varias hebras o alambres retorcidos entre si.

Los materiales mas usados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio.

Aunque ambos metales tienen una conductividad eléctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricación de conductores para sus notables ventajas mecánicas y eléctricas.

El uso de uno y otro material como conductor, dependerá de sus características eléctricas (capacidad para transportar la electricidad), mecánicas (resistencia al desgaste, maleabilidad), del uso especifico que se les quiera dar y el costo.

Estas características llevan a preferir al cobre en la elaboración de conductores eléctricos.

El tipo de cobre que se utiliza en la elaboración de conductores es el cobre electrolítico de alta pureza, 99.99%.

Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre presenta los siguientes grados de dureza o temple: duro, semiduro y blando o recocido.

1.2. Clasificación de los conductores eléctricos de acuerdo a sus condiciones de empleo

Para tendidos eléctricos de alta y baja tensión, existen en nuestro país diversos tipos de conductores de cobre, desnudos y aislados, diseñados para responder a distintas necesidades de conducción y a las características del medio en que la instalación prestará sus servicios. La selección de un conductor se hará considerando que debe asegurarse una suficiente capacidad de transporte de corriente, una adecuada capacidad de soportar corrientes de cortocircuito, una adecuada resistencia mecánica y un comportamiento apropiado a las

UNMSMPágina 3

condiciones ambientales en que operará.

Conductores de cobre desnudos

Estos son alambres o cables y son utilizados para:

Líneas aéreas de redes urbanas y suburbanas. Tendidos aéreos de alta tensión a la intemperie. Líneas aéreas de contacto para ferrocarriles y trolley-buses.

Alambres y cables de cobre con aislación

Estos son utilizados en:

Líneas aéreas de distribución y poder, empalmes, etc. Instalaciones interiores de fuerza motriz y alumbrado, ubicadas en ambientes de

distintas naturaleza y con diferentes tipos de canalización. Tendidos aéreos en faenas mineras (grúas, perforadoras, etc.). Tendidos directamente bajo tierra, bandejas o ductos. Minas subterráneas para piques y galerías. Control y comando de circuitos eléctricos (subestaciones, industriales, etc.). Tendidos eléctricos en zonas de hornos y altas temperaturas. Tendidos eléctricos bajo el agua (cable submarino) y en barcos (conductores

navales). Otros que requieren condiciones de seguridad.

1.3. Dimensionamiento de conductores eléctricos

Es frecuente que las instalaciones eléctricas presenten problemas originados por la mala calidad de la energía:

Variaciones de voltaje. Variaciones de frecuencia. Señal de tensión con altos contenidos de impurezas, etc.

Estos efectos producen un funcionamiento irregular en los equipos eléctricos y generan pérdidas de energía por calentamiento de los mismos y de sus conductores de alimentación. La norma ANSI/IEEE C57.110-1986, recomienda que los equipos de potencia que deben alimentar cargas no lineales (computadoras), operen a no más de un 80% de su potencia nominal. Es decir, los sistemas deben calcularse para una potencia del orden del 120% de la potencia de trabajo en régimen efectivo. Como se puede apreciar; el correcto dimensionamiento de conductores eléctricos tiene una importancia decisiva en la operación eficiente y segura de los sistemas.

Daños que generan el mal dimensionamiento y el mal uso de los conductores en una instalación eléctrica• Cortes de suministro. • Riesgos de incendios.

UNMSMPágina 4

• Pérdidas de energía.

1.1. Capacidad de transporte de los conductores

La corriente eléctrica origina calentamiento en los conductores (efecto Joule: I2 x R).El exceso de temperatura genera dos efectos negativos en los aislantes:

Disminución de la resistencia de aislación. Disminución de la resistencia mecánica.

El servicio operativo de la energía eléctrica y su seguridad dependen directamente de la calidad e integridad de las aislaciones de los conductores. Las aislaciones deben ser calculadas en relación a la carga de energía eléctrica que transporten los conductores y a la sección o diámetro de los mismos.

UNMSMPágina 5

Por tal motivo el conocimiento, empleo y operación de los conductores eléctricos es de suma importancia ya que refleja la continuidad y calidad de servicio de suministro, para lograr lo anterior el personal de supervisión (ingenieros, técnicos y especialistas) debe seguir una metodología que le permita entregar los conductores eléctricos con óptima calidad de servicio.

1.1. Líneas Eléctricas

Son el conjunto de conductores, aislantes y accesorios, destinados al transporte y la distribución de energía eléctrica. Se dividen en dos tipos según su construcción:

Líneas Aéreas.

Los conductores se mantienen a una cierta altura del suelo. Son más económicas de instalar que las subterráneas, pero son menos fiables y necesitan más mantenimiento por estar permanentemente a los cambios meteorológicos (viento, lluvia, nieve, etc.).

Líneas Subterráneas.

Los conductores van enterrados bajo tierra dentro de canales. Tienen un elevado costo de instalación, pero son las más fiables y tienen un mantenimiento menor que las aéreas. Normalmente, las líneas de transporte y las líneas de distribución primaria son aéreas, y las líneas de distribución secundarias, subterráneas. También se pueden clasificar según el grado de voltaje que transporten: Alta tensión (AT), tensión media (MT) y baja tensión (BT).

1.1.1. Conductores para Líneas Aéreas

Se llama línea aérea a la instalación cuya finalidad es la transmisión aérea de energía eléctrica, esto se realiza con elementos de conducción y elementos de soporte. Los soportes están formados por: postes, fundaciones, puesta a tierra, la conducción con: conductores, aisladores, accesorios.

Selección con Criterio Eléctrico

El conductor es el componente que justifica la existencia de la línea, en rigor toda la obra se hace para sostenerlo, y entonces es valida la afirmación de que su elección acertada es la decisión más importante en la fase de proyecto de una línea. La razón de la elección es variable con los parámetros de la línea, en particular la tensión, la energía a transportar, etc. debiendo tenerse presente que de la correcta elección depende el costo incremental de la energía que la línea transmite.

UNMSMPágina 6

Metales Conductores

En la construcción de líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica, se utilizan casi exclusivamente conductores metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos metálicos (alambres) alrededor de un hilo central. Los metales utilizados en la construcción de líneas aéreas deben poseer tres características principales:

1) presentar una baja resistencia eléctrica, y bajas pérdidas Joule en consecuencia.

2) presentar elevada resistencia mecánica, de manera de ofrecer una elevada resistencia a los esfuerzos permanentes o accidentales.

3) costo limitado.

Los metales que satisfacen estas condiciones son relativamente escasos, a saber:

* Cobre

* Aluminio

* Aleación de aluminio

* Combinación de metales (aluminio acero)

Se puede afirmar que prácticamente no se utilizan otros materiales. Pese a la menor resistencia eléctrica y superiores aptitudes mecánicas el cobre ha dejado de ser utilizado en la construcción de líneas aéreas, esto es especialmente notado en alta y muy alta tensión.

El Aluminio

El aluminio es el material que se ha impuesto como conductor de líneas aéreas habiendo sido superadas por la técnica, por las desventajas que se le notaban respecto del cobre, además ayudado por un precio sensiblemente menor, y por las ventajas del menor peso para igual capacidad de transporte.

3. ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA EL USO DE LOS CABLES ELECTRICOS AEREOS.

La información descrita fue recopilada la empresa CELSA, estos son sus diferentes tipos de cables que tienen en sus catálogos y que a continuación detallaremos.

UNMSMPágina 7

UNMSMPágina 8

UNMSMPágina 9

UNMSMPágina 10

UNMSMPágina 11

UNMSMPágina 12

UNMSMPágina 13

UNMSMPágina 14

UNMSMPágina 15

UNMSMPágina 16

UNMSMPágina 17

UNMSMPágina 18

UNMSMPágina 19

UNMSMPágina 20

UNMSMPágina 21

UNMSMPágina 22

NORMA PERUANA PARA LINEAS DE TRANSMISION Y SUBESTACIONES

CODIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD SUMINISTRO SECCION 1 INTRODUCCION

012.F. Los materiales y productos referidos en este código deberán cumplir con las Normas Técnicas Peruanas –en los casos que éstas respondan a las exigencias de las normas internacionales de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC)- u otras que sean reconocidas y respondan a exigencias internacionales. En caso que las Normas Técnicas Peruanas requieran ser complementadas, utilizar las anteriormente indicadas. Y en la situación particular, que no existan ninguna de las anteriores, se utilizarán normas específicas que sean de uso internacional.

ESPECIFICACIONES DE PRUEBAS ACEPTADAS PARA SISTEMAS Y EQUIPOS DE DISTRIBUCION DE POTENCIA ELECTRICA

Estas recomendaciones técnicas han sido desarrolladas por la Asociación de Pruebas Eléctricas Internacional para el uso de los ingenieros en sistemas de distribución de potencia eléctrica.7.3 Cables 1. Baja Tensión, 600 V máximo

1. Inspección visual y mecánica

1. Compare los datos del cable con el diseño y especificaciones. 2. Inspeccione las secciones expuestas de los cables por daño físico y conexión correcta de acuerdo con el diagrama unifilar. 3. Verifique el ajuste de las conexiones empernadas accesibles con el uso de un torquímetro de golpe de acuerdo con los datos publicados por el fabricante. Realice una inspección termográfica de acuerdo con la Sección 9. 4. Inspeccione los conectadores de compresión aplicados para una correcta unión y hendidura. 5. Verifique el código de colores del cable con las especificaciones de ingeniería aplicables y las normas del Código Eléctrico Nacional.

2. Pruebas eléctricas

1. Realice la prueba de resistencia de aislamiento en cada conductor con respecto a tierra y con los conductores adyacentes. La tensión aplicada debe ser de 1000 voltios CD durante un minuto. 2. Realice una prueba de continuidad para asegurar la conexión correcta del cable.

UNMSMPágina 23

3. Valores de prueba

1. Los niveles de ajuste de pernos estarán de acuerdo con las especificaciones técnicas del fabricante. 2. Los valores de resistencia de aislamiento mínimos no serán menores a 50 mega ohmios. 3. Investigue las desviaciones entre las fases adyacentes.

4. PRUEBAS DE CABLES ELECTRICOS AEREOS

Las pruebas mencionadas a continuación se basan en la norma:

NTP 370.254:2003 CONDUCTORES ELECTRICOS.Cables para distribución aérea autotransportados aislados con XLPE par tensiones hasta inclusive 0,6/1 KV ANSI/ICEA S76-474 (U.S.A.) los materiales de los conductores son:- Cobre recocido puro con o sin recubrimiento metálico.- Aluminio puro sin recubrimiento.

De acuerdo con la NTP 370.250 el material aislante es XLPE (temperatura de operación 90° c). Los materiales del soporte, cuando además es neutro, pueden ser:

UNMSMPágina 24

- Cobre duro NTP 370.251:2003.- Aleación de aluminio NTP 370.258:2005.- Aluminio reforzado con acero NTP 370.258:2005.

Para redes sin neutro pueden usarse los anteriores o cables de acero según ASTM 475.Los soportes pueden ser desnudos o aislados.Las designaciones de estos cables son:- CAI conductor de cobre y soporte de cobre.- CAI-S conductor de cobre y soporte de acero.- CAAI conductor de aluminio y soporte de aleación de aluminio.- CAAI-S conductor de aluminio y soporte de acero.- CAAI-R conductor de aluminio y soporte de aleación de aluminio reforzado con

acero.

1.1. Pruebas usadas frecuentemente.

1.1.1. Ensayo de resistencia de aislamiento.

Se efectúa con 500 V de cc.

A temperatura ambiente (R).

Después de la tensión eléctrica y en la misma forma que la resistencia mínima a obtener esta dada por:

Donde:

K= constante de aislamiento.

d= 3700M-km a 20°c.

D= diámetro nominal sobre el aislamiento.

d= diámetro nominal bajo el aislamiento.

RA= resistencia de aislamiento a temperatura ambiente (M-km a 20°c).

La medición normalmente se realiza a 500V c.c (Vab), durante 1 min, en la misma forma que la tensión eléctrica.

1.1.2. Ensayo de rigidez dieléctrica.

UNMSMPágina 25

NTP 370.254

El método de ensayo esta descrito en UL158 SEC 90

Los cables serán sometidos a una tensión eléctrica alterna de 3KV, con una frecuencia entre 48 a 62 Hz, durante 5 min. No deberán presentar perforación.

Como alternativa podría aplicarse una tensión eléctrica continua de 9.6KV

1.1.3. Ensayo de descargas parciales.

NTP 370.255-2:2003

Requisitos eléctricos: Ensayo de resistencia eléctrica (R) 3.5 U0 KV durante 5 minutos por cada fase. Cables unipolares apantallados o multipolares con pantalla sobre cada fase:

Cada conductor contra la pantalla. Ensayo de tensión eléctrica (R). Ensayo de resistencia de aislamiento en la misma forma y con constantes de

aislamiento k iguales a los de la parte 1. Descargas parciales:

- Tensión de ensayo: 1.73 Uo.- Requisito: descarga no mayor a 10 pC.- Aplicación: entre cada conductor y la pantalla metálica.

1.1.4. Ensayo de tang Φ.Este tipo es importante para medir el grado de deterioro de los aislantes. LA medición periódica puede prevenir posibles fallas en el futuro próximo.

NTP 370.252:2006 (3° edición) conductores eléctricos. Cables aislados con cloruro de Polivinilo para tensiones hasta e inclusive 450/750 V.

UNMSMPágina 26

1.1.1. Ensayo de resistencia a la llama horizontal.

UL 1581

Requerimientos:

No debe propagar la llama más allá de la longitud especificada.

No debe encender el algodón quirúrgico colocado en la base de la cámara de quemado.

Equipamiento:

Cámara de quemado con forma y dimensiones de acuerdo a norma.

Quemador a gas que produzca una llama a 1700Btu/h. Las longitudes de la parte azul y roja de la llama de 30s, después del cual:

- La llama que pueda quedar encendida no debe alcanzar las marcas.

- Durante o después de la aplicación, las gotas de material no deben encender el algodón.

UNMSMPágina 27

1.1.2. Ensayo de resistencia a la llama vertical.

IEC 332-1

Requerimientos:

La parte carbonizada no debe llegar a 50mm del soporte superior.

Si la llama se extiende hacia abajo, la parte carbonizada no debe llegar a 540mm del soporte superior.

Si hay falla hacer dos ensayos más para predecir.

Equipamiento:

Cámara de quemado con forma y dimensiones de acuerdo a norma.

Quemador a gas que produzca una llama de 1700 Btu/h. Las longitudes de la parte azul y roja de la llama están especificadas.

La parte carbonizada no debe llegar a los 50mm del soporte superior.

Si la llama se extiende hacia abajo, la parte carbonizada no debe llegar a 540mm del soporte superior.

Al hacer falla repetir el ensayo dos veces para decidir.

Tiempo de aplicación de 60 segundos.

UNMSMPágina 28

1.1. PRUEBAS REALIZADAS EN EL LABORATORIO.

MATERIALES UTILIZADOS:

Megómetro.

Cables conectores.

Transformador.

Autotransformador.

1 fase del conductor CAAPI.

Vernier.

Amperímetro AC.

Voltímetro AC.

Placa metálica.

Multímetro digital.

Las pruebas que se hicieron en el laboratorio son las siguientes:

UNMSMPágina 29

1.1.5. Rigidez dieléctrica.

Este circuito realizado a condiciones ambientales y en seco. El cable fue dispuesto en forma helicoidal y en posición perpendicular, para así tener un acceso a ambos extremos sin mayor dificultad, estando energizado por un autotransformador y elevando la tensión mediante un transformador, por el cual no se deberá tener dificultades en el ensayo.

1.1.6. Resistencia de aislamiento.

El circuito realizado muestra la siguiente figura. Este ensayo demuestra la capacidad de protección que entrega el recubrimiento del material aislante.

UNMSMPágina 30

1.1.7. Resultados de las pruebas.

Medidas del conductor:L=2m (longitud del cable)D=0.9 cm (diámetro exterior)d=0.651 cm (diámetro interior)

PARA LA PRUEBA DE RIGIDEZ DIELÉCTRICA OBTUVIMOS LOS SIGUIENTES RESULTADOS:

PRIMARIO SECUNDARIO TIEMPO(s)

VOLTAJE(V)INTENSIDAD(A

)VOLTAJE(V)

INTENSIDAD(A) 60

60 0.28 3000 14

RESULTADO: No se produce descarga destructiva ni perforación, eso indica que el cable esta cumpliendo las normas establecidas.

PARA LA PRUEBA DE RESISTENCIA ELÉCTRICA OBTUVIMOS LOS SIGUIENTES RESULTADOS:

DISTANCIA(cm) VOLTAJE(V) T(s)RESISTENCIA(MΩ

)

INTENSIDAD DE

FUGA(µA)30 5000 10.5 30285 0.1690 5000 12 35430 0.14100 5000 10.5 36733 0.13200 5000 10.6 32843 0.15

RESULTADO: Supera la resistencia mínima de aislamiento (5MΩ), eso indica que el cable esta cumpliendo las normas establecidas.

Donde:

K=constante de aislamiento 3700 MΩ-km.

D=0.9cm. d=0.651cm.

R= 520MΩ-km =0.520 MΩ-m.

5. CONCLUSIONES

UNMSMPágina 31

En el ensayo de rigidez pudimos comprobar la capacidad de protección que presenta el recubrimiento del material aislante; permitiendo evitar accidentes por fugas de corriente o perforación del material.

En el ensayo de resistencia pudimos comprobar la capacidad que tiene el conductor de soportar la máxima corriente que puede soportar el conductor; así también comprobamos que la corriente de fuga del aislante es mínima.

Debemos cumplir la norma pues de ésta depende la seguridad del cable.

6. BIBLIOGRAFÍA

www.celsa.com.pe

www.procobre.org /archivos/Perú/conductores _ electricos.pdf.

www.elprisma.com/apuntes/ingeniería _eléctrica _y_ electrónica/conductoreselectricos/

WWW .bvindecopi.gob.pe

UNMSMPágina 32