El documento describe los cálculos térmicos y corrientes admisibles en sistemas de cables de energía. Explica que la intensidad máxima admisible depende de la capacidad del cable para evacuar el calor generado sin sobrepasar temperaturas peligrosas. Detalla los factores que afectan la resistencia térmica del cable y cómo se utilizan las ecuaciones de calor generado, disipado y resistencia térmica para determinar la corriente admisible.

1. Junio 2010 SISTEMAS DE CABLES DE ENERGÍA PARA MEDIA Y ALTA TENSIÓN 4ª Sesión Manuel Llorente http:// www.leonardo - energy.org / espanol /?p=191 en ESPAÑOL

3. Cálculos térmicos y corrientes admisibles Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Diseño térmico de un cable Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica

7. Q G = n·R E ·I 2 Calor generado = Calor disipado Q G = Q D Q D = Δθ/R t n : número de conductores R E : resistencia eléctrica Δθ : diferencia de temperatura entre el conductor y el ambiente que lo rodea Rt : resistencia térmica Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Calor Q

8. Intensidad máxima admisible Q G = Q D n·R E ·I 2 = Δθ/R t I 2 = Δθ/R t ·n·R E I = ( Δθ/R t ·n·R E ) 1/2 n : número de conductores R E : resistencia eléctrica Δθ : diferencia de temperatura entre el conductor y el ambiente que lo rodea Rt : resistencia térmica Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles

9. Intensidad máxima admisible es función del material aislante I = ( Δθ /R t ·n·R E ) 1/2 Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Material Densidad (en g/cm 3 ) Temperaturas admisibles (en ºC) mínima de servicio sobrecarga Cortocircuito XLPE 1,05 -50 90 110 250 HEPR 1,30 -40 105 130 250 EPR 1,20 -40 90 130 250

12. Cable al aire Conducción Convección Radiación Desde el conductor hasta el aire a través de aislamiento y cubiertas Entre la cubierta y el aire que la rodea Despreciable Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica

13. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencia térmica de un cable tendido al aire

14. Cable enterrado Conducción en el cable Conducción en el terreno Radiación Desde el conductor a través de aislamiento y cubiertas Desde la cubierta del cable a través del terreno Despreciable Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica

15. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencia térmica de un cable enterrado

16. Resistividades térmicas Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica CUBIERTAS ρ t K•cm/W PVC 650 PE termoplástico 350 Materiales fibrosos 600 AISLANTES ρ t K•cm/W XLPE 300 EPR 400 P 550 OF 500 MATERIALES PARA CONDUCTOS ρ t K•cm/W Cemento 100 Fibra 480 Amianto 200 Tierra de relleno 120 PVC 700 PE termoplástico 350

21. Cable al aire protegido de la radiación solar Cable al aire expuesto al sol Un solo cable Varios cables en contacto / al tresbolillo… Disposición horizontal / vertical Factores que afectan a la disipación de calor Cable al aire Convección Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Capacidad de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales

24. Temperatura de servicio del cable Factores determinantes Facilidad de disipación de calor Condiciones medioambientales y de instalación I = (Δθ/Rt·n·R E ) 1/2 Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga

25. Cable de mayor sección Menores pérdidas Otros factores Caída de tensión Intensidad de cortocircuito Longitud de la línea Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga

27. El nuevo Reglamento de Líneas de Alta Tensión recomienda un factor de corrección de 0,9, esto es, la intensidad especificada en las tablas de carga correpondientes se reducirá un 10% Generalmente se considera una disminución del salto térmico de 20 K Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Tablas de carga Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Exposición al sol

28. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Factores afectando el cálculo Tablas de carga Factores de corrección Temperatura ambiente Tipo de instalación Otros cables presentes Indican la intensidad admisible en condiciones “tipo” Ajuste de condiciones “tipo” a las condiciones reales del proyecto

29. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Condiciones “tipo” INSTALACIÓN ENTERRADA Norma UNE 211 435 y nuevo “Reglamento de Líneas de Alta Tensión” INSTALACIÓN AL AIRE Cables de aislamiento seco hasta 18/30 kV : un terno de cables unipolares directamente enterrado en toda su longitud a 1 metro de profundidad (medido hasta la parte superior del cable), en un terreno de resistividad térmica de 1,5 K•m/W, con una temperatura ambiente del terreno a dicha profundidad de 25 ºC y con una temperatura del aire ambiente de 40 ºC. Cables de aislamiento seco hasta 18/30 kV : un terno de cables unipolares , agrupados en contacto, con una colocación tal que permita una eficaz renovación del aire, protegidos del sol, siendo la temperatura del medio ambiente de 40 ºC.

30. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Instalación enterrada 470 600 445 560 430 540 400 410 530 390 490 375 480 300 365 470 345 440 335 425 240 315 405 295 380 285 370 185 275 360 260 340 255 325 150 245 320 235 300 225 290 120 215 280 205 265 200 255 95 180 235 170 225 165 215 70 145 190 140 180 135 175 50 125 160 120 155 115 145 35 105 135 100 130 96 125 25 Al Cu Al Cu Al Cu HEPR XLPE EPR Sección mm 2 Intensidades máximas admisibles (A) en servicio permanente y con corriente alterna - Cables unipolares aislados de hasta 18/30 kV directamente enterrados

31. Factores de corrección Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Instalación al aire 660 840 610 790 570 740 400 565 725 520 680 490 630 300 495 630 455 590 425 550 240 415 535 385 500 360 465 185 360 465 335 435 315 405 150 320 410 295 385 275 355 120 275 355 255 335 240 310 95 225 295 210 275 195 255 70 180 230 170 220 155 205 50 150 195 145 185 130 170 35 125 160 120 155 110 140 25 Al Cu Al Cu Al Cu HEPR XLPE EPR Sección mm 2 Intensidades máximas admisibles (A) en servicio permanente y con corriente alterna - Cables unipolares aislados de hasta 18/30 kV instalados al aire

32. Servicios de emergencia Servicios de corta duración Servicios intermitentes Cortocircuitos Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Capacidad de carga Tablas de carga Factores de corrección Intensidad bajo condiciones “tipo” Factor de Corrección Intensidad en condiciones de proyecto Ejemplo Sea un cable HEPR, de cobre, de 150 mm2 de sección instalado al aire que, en condiciones tipo, puede soportar 465 A. Se desea saber cual será su intensidad admisible cuando se encuentre con una temperatura ambiente de 30 ºC I = (Δθ/R t ·n·R E ) 1/2 I 30º / I 40º = [(Δθ+10)/(Δθ)] 1/2 FC = I 30º / I 40º = (60/50) 1/2 ≈ 1,1

35. Cortocircuitos Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Servicios intermitentes N = I intermitente / I servicio = [(1 – e (-t 2 / δ ) ) / (1 – e (-t 1 / δ ) )] 1/2

38. Servicios intermitentes Capacidad de carga Tablas de carga Servicios de corta duración Resistencia térmica Resistencias térmicas parciales Servicios de emergencia Factores de corrección Ley de Ohm térmica Diseño térmico de un cable Cálculos térmicos y corrientes admisibles Cortocircuitos Valores de K y β 234 228 230 202 226 148 41 78 Cobre Aluminio Plomo Hierro β K Material

44. La elección del cable Reglamento de Líneas de Alta Tensión (España) Tensión Nominal Especificaciones (*) tensiones de uso preferente en las redes de distribución públicas. 45 60 75 95 125 145 170 250 325 550 650 1050 1425 3,6 7,2 12 17,5 24 30 36 52 72,5 123 145 245 420 3 6 10 15 20* 25 30 45 66* 110 132* 220* 380* 1,7 3,6 6 8,7 12 15 18 26 36 64 76 127 220 Impulsos tipo rayo U p (kV cresta) Tensión más elevada U m (en kV) Tensión entre fases U (en kV) Tensión fase/tierra U O (en kV)

45. La elección del cable Elección del nivel de aislamiento Tensión Nominal Especificaciones La tensión nominal del cable se elegirá de acuerdo con la tensión nominal de la red y con sus sistemas de puesta a tierra Tipos de redes CATEGORÍA A Los defectos a tierra se eliminan tan rápidamente como sea posible y, en cualquier caso antes de un minuto. CATEGORÍA B En caso de defecto, sólo funcionan con una fase a tierra durante un tiempo limitado, generalmente no superior a una hora. CATEGORÍA C Si se prevé que la red va a funcionar frecuentemente con un defecto a tierra durante largos periodos .

46. La elección del cable Tensión Nominal Especificaciones A-B 52 25 250 26/45 C A-B 36 30 170 18/30 C A-B 30 25 145 15/25 C A-B 24 20 125 12/20 C A-B 17,5 15 95 8,7/15 C A-B 12 10 75 6/10 C A-B 7,2 6 60 3,6/6 C 45 1,8/3 A-B 3,6 3 U p U O /U en kV Características mínimas del cable y sus accesorios. Categoría de la red Tensión más elevada de la red - U S (en kV) Tensión nominal de la red - U n (en kV)

52. Accesorios para cables Terminales Empalmes Conos deflectores Cono deflector

56. Accesorios para cables Terminales Empalmes