Resumen Conductores.docx

3.1 RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS DE CONDUCTORES

Para el resumen de conductores se consideraron catálogos de cables de centelsa y de otros fabricantes, lo consultado fue lo siguiente: Cable AAAC: son cables de aleación de aluminio, son usados en líneas de distribución y transmisión aéreas, también son usado como neutro portante para cables de distribución aérea tipo multiplex, este conductor según Centelsa se ofrece en calibres desde los 30.58 Kcmil (Akron) y 927,2 Kcmil (Greeley) hasta cables de 581mm2, el peso del cable varia lógicamente con el área del conductor, los pesos se dan en Kg/Km y van desde 42.5 hasta 1594.1, poseen además una carga de rotura desde los 502Kg hasta los 17099Kg la carga de rotura es proporcional al calibre del cable y al número de hilos que los conforman, los valores de resistencia óhmica del cable se dan para DC y AC Ohm/Kg en van desde los 0.057 hasta 2.16 para DC, y desde 0.0687 hasta 2.57 para AC, las capacidades de corriente de los conductores se dan a temperatura ambiente de 25 grados Celsius y temperatura de trabajo del conductor de 75 grados Celsius y una emisión solar de 1kW/m2,coeficientes de absorción y emisividad 0.5, velocidad del viento 610mm/s, a nivel del mar y 60Hz, la capacidad de corriente varía de acuerdo con el calibre del conductor y comprende valores de 107A hasta 1046 A, la corriente de cortocircuito se da para un segundo a temperatura inicial de 75 grados Celsius y temperatura final de 340 grados Celsius, la corriente de cortocircuito se da en KA ,varía con el tamaño del cable y está comprendida desde 1.7 KA hasta 62KA. Cable AAC: son cables de aleación de aluminio, cableados concéntricamente, son usados en líneas de transmisión y en líneas de distribución aéreas, también son usados como neutro portante para cables de distribución aérea tipo multiplex, este conductor según Centelsa se ofrece en calibres desde los 4 Kcmil (Rose) hasta 2000 Kcmil (Cowslip), el peso del cable varia lógicamente con el área del conductor, los pesos se dan en Kg/Km y van desde 58.4 hasta 2796,1, su carga de rotura está comprendida entre los 400Kg hasta 155536Kg, la carga de rotura es proporcional al calibre del cable y al número de hilos que los conforman, los valores de resistencia óhmica del cable se dan para DC y AC Ohm/Kg en van desde los 0.0284 hasta 1.36 para DC, y desde 0.0347 hasta 1.66 para AC, los valores de resistencia son inversamente proporcionales a el área del conductor; las capacidades de corriente de los conductores se dan a temperatura ambiente de 25 grados Celsius y temperatura de trabajo del conductor de 75 grados Celsius y una emisión solar de 1kW/m2,coeficientes de absorción y emisividad 0.5, velocidad del viento 610mm/s, a nivel del mar y 60Hz, la capacidad de corriente varía de acuerdo con el calibre del conductor y comprende valores de 138A hasta 1586 A, la corriente de cortocircuito se da para un segundo a temperatura inicial de 75 grados Celsius y temperatura final de 340 grados Celsius, la corriente de cortocircuito se da en KA ,varía con el tamaño del cable y está comprendida desde 2.4 KA hasta 117.3KA. Cable ACAR: son alambres de aluminio, cableados concéntricamente alrededor de un núcleo de aleación de aluminio. son usados en líneas de transmisión y en líneas de distribución aéreas, su buena relación carga rotura peso hace que estos cables sean aplicables en sistemas de transmisión con vanos largos, este conductor según Centelsa se ofrece en calibres desde los 250 Kcmil hasta 1200 Kcmil , el peso del cable varia lógicamente con el

área del conductor, los pesos se dan en Kg/Km y se dan para las partes constitutivas del conductor que son el aluminio y el acero, además se da el peso total que está comprendido entre 349 hasta 1676 su carga de rotura está comprendida entre los 2813Kg hasta 122946Kg, la carga de rotura es proporcional al calibre del cable y al número de hilos que los conforman, los valores de resistencia óhmica del cable se dan para DC y AC Ohm/Kg en van desde los 0.0497 hasta 0.239 para DC, y desde 0.0603 hasta 0.290 para AC, los valores de resistencia son inversamente proporcionales a el área del conductor; las capacidades de corriente de los conductores se dan a temperatura ambiente de 25 grados Celsius y temperatura de trabajo del conductor de 75 grados Celsius y una emisión solar de 1kW/m2,coeficientes de absorción y emisividad 0.5, velocidad del viento 610mm/s, a nivel del mar y 60Hz, la capacidad de corriente varía de acuerdo con el calibre del conductor y comprende valores de 417A hasta 1135 A, la corriente de cortocircuito se da para un segundo a temperatura inicial de 75 grados Celsius y temperatura final de 340 grados Celsius, la corriente de cortocircuito se da en KA ,varía con el tamaño del cable y está comprendida desde 14.74 KA hasta 70.4KA. Cable ACSR: son alambres de aluminio, cableados concéntricamente alrededor de un núcleo de acero recubierto de zinc clase A, el núcleo de acero puede ser un alambre o un torón de 7 no 19 alambres cableados de forma concéntrica son usados en líneas de transmisión y en líneas de distribución aéreas, también son usados como neutro portante para cables de distribución aérea tipo multiplex, este conductor según Centelsa se ofrece en calibres desde los 4 Kcmil (Swan) hasta 2515 Kcmil (Joree), el peso del cable varia con el área del conductor, los pesos se dan en Kg/Km y se dan para las partes constitutivas del conductor que son el aluminio y el acero, además se da el peso total que está comprendido entre 85.5 hasta 4045, su carga de rotura está comprendida entre los 845Kg hasta 27975Kg, la carga de rotura es proporcional al calibre del cable y al número de hilos que los conforman, los valores de resistencia óhmica del cable se dan para DC y AC Ohm/Kg en van desde los 0.0226 hasta 1.32 para DC, y desde 0.027 hasta 1.70 para AC, los valores de resistencia son inversamente proporcionales a el área del conductor; las capacidades de corriente de los conductores se dan a temperatura ambiente de 25 grados Celsius y temperatura de trabajo del conductor de 75 grados Celsius y una emisión solar de 1kW/m2,coeficientes de absorción y emisividad 0.5, velocidad del viento 610mm/s, a nivel del mar y 60Hz, la capacidad de corriente varía de acuerdo con el calibre del conductor y comprende valores de 139A hasta 1860 A, la corriente de cortocircuito se da para un segundo a temperatura inicial de 75 grados Celsius y temperatura final de 645 grados Celsius, la corriente de cortocircuito se da en KA ,varía con el tamaño del cable y está comprendida desde 3.2 KA hasta 191.4KA. Cable ACSR/AW: son alambres de aluminio, cableados concéntricamente alrededor de un núcleo de acero recubierto con aluminio, el núcleo de acero puede ser un alambre o un torón de 7 no 19 alambres cableados de forma concéntrica son usados en líneas de transmisión y en líneas de distribución aéreas, también son usados como neutro portante para cables de distribución aérea tipo multiplex, este conductor según Centelsa se ofrece en calibres desde los 4 Kcmil (Swan/AW) hasta 2515 Kcmil (Joree/AW), el peso del cable varia con el área del conductor, los pesos se dan en Kg/Km y se dan para las partes constitutivas del conductor que son el aluminio y el acero, además se da el peso total que está comprendido entre 81.3

hasta 3961, su carga de rotura está comprendida entre los 809Kg hasta 27295Kg, la carga de rotura es proporcional al calibre del cable y al número de hilos que los conforman, los valores de resistencia óhmica del cable se dan para DC y AC Ohm/Kg en van desde los 0.022 hasta 1.280 para DC, y desde 0.027 hasta 1.563 para AC, los valores de resistencia son inversamente proporcionales a el área del conductor; las capacidades de corriente de los conductores se dan a temperatura ambiente de 25 grados Celsius y temperatura de trabajo del conductor de 75 grados Celsius y una emisión solar de 1kW/m2,coeficientes de absorción y emisividad 0.5, velocidad del viento 610mm/s, a nivel del mar y 60Hz, la capacidad de corriente varía de acuerdo con el calibre del conductor y comprende valores de 145A hasta 1869 A, la corriente de cortocircuito se da para un segundo a temperatura inicial de 75 grados Celsius y temperatura final de 645 grados Celsius, la corriente de cortocircuito se da en KA ,varía con el tamaño del cable y está comprendida desde 60.5 KA hasta 3.2KA. Cable ACSR-HS: Este cable es una variación del cable ACSR, las siglas HS significan High Strenght, la información del cable la da un fabricante americano llamado Nehring, este cable está constituido de conductores de aluminio cableados alrededor de un núcleo de acero galvanizado, y es usado en líneas de transmisión y distribución aéreas, según el fabricante el cable ACSR-HS esta dado para calibres de 80Kcmil (Grouse) hasta 211.3Kcmil (Cochin) el peso esta dado en lb/1000ft y se da el peso para las partes constitutivas del conductor que son el aluminio y el acero, además se da el peso total que va de 5200lb hasta 28400lb, los valores de resistencia óhmica del cable se dan para DC y AC Ohm/Kg en van desde los 0.0763 hasta 0.207 para DC, y desde 0.150 hasta 0.294 para AC, capacidades de corriente de los conductores se dan a temperatura ambiente de 25 grados Celsius y temperatura de trabajo del conductor de 75 grados Celsius, coeficientes emisividad 0.5, velocidad del viento 2ft/s[1]. 3.3 EXPERIENCIAS INTERNACIONALES DE SELECCIÓN DE CONDUCTOR Se consultó el proceso de diseño y selección de conductores de una línea de transmisión del proyecto SIEPAC, El proyecto SIEPAC considera la construcción de una línea de transmisión en 230 kV con una longitud aproximada de 1840 km que interconecta los países de América Central. La línea en su mayor parte será de simple circuito, pero existen tramos específicos con dos y cuatro circuitos. En esta línea se replanteó el conductor a usar por que no cumplía con las condiciones establecidas, como se muestra a continuación: El conductor 795 kcmil ACSR “Condor” recomendado por DPC y adoptado para el cálculo de estructuras por INGENDESA no cumple con las condiciones de transporte establecidos para la línea. Estas condiciones establecen una capacidad de transporte de 300 MW con factor de potencia 0.90 para el intercambio entre pares de países considerando una temperatura media del aire ambiente de 35 oC. La corriente máxima resultante que debe circular por el conductor es: I = 300 MWx1000/(√3x230 kVx0.90) = 836 A En vista de esta deficiencia se estudiaron conductores de mayor sección que fueran capaces de transmitir la potencia plena de 300 MW en cualquier tramo de la línea

a altitudes que varían de 100 msnm hasta 2000 msnm. Los parámetros de cálculo adoptados fueron los siguientes [2]:

Latitud media de la región: 12.5o Temperatura media ambiente: 35 oC Velocidad del viento: 0.60 m/s Dirección del viento: 90º perpendicular a la línea Temperatura de operación del conductor: 80 oC Orientación predominante de la línea: Este-Oeste Altitud: 100msnm y 2000 msnm Horario: 12.00 mediodía Atmósfera: Clara con sol Factor de emisividad: 0.5 Factor de absorción: 0.5 Los conductores que se analizaron fueron los siguientes

Figura 1. Cables para el estudio de la línea ACSR [2]

Se hizo el estudio para cada conductor a partir de la norma IEEE-738 similarmente a como lo hacemos en el curso, estos cálculos se hicieron por medio de software y se estudiaron cada uno de los conductores propuestos para el proyecto

Figura 2. Calculo de ampacidad de conductor Cóndor ACSR[2]

Figura 3. Calculo de ampacidad de conductor Cóndor/AW ACSR/AW [2]

Otra experiencia que se encontró fue por parte de la American Transmission Company (ATC) en donde se tienen en cuenta las estaciones. Se muestra a continuación: El aumento de temperatura del conductor por encima de la temperatura ambiente es una función de equilibrio de calor termodinámico entre la entrada de calor y la disipación de calor. Los parámetros térmicos consisten en lo siguiente: • Fuentes de calor: calentamiento por resistencia eléctrica con absorción de energía solar y corriente. • Disipación de calor: convección del flujo de aire y radiación superficial. -Las clasificaciones de ATC están destinadas a restringir la corriente y también para no calentar un conductor aéreo por encima de la temperatura máxima de operación (MOT) por sus siglas en inglés, para un conjunto prescrito de condiciones ambientales y de operación. El MOT puede excederse en condiciones ambientales diferentes a las que se suponen.

- Metodología estándar de la industria ATC usa los métodos y las ecuaciones en el estándar IEEE 738, para calcular la capacidad (amperios) para un conductor a una máxima temperatura de operación determinada y a condiciones ambientales como se indica en este documento. Numerosos programas de software comercial y la base de datos SELD de ATC utilizan los métodos (ecuaciones de balance de calor de IEEE 738). Aunque estos programas pueden no proporcionar resultados idénticos, los resultados de ambos son aceptables para propósitos de calificación. Se espera una variación de menos del 3 por ciento y es razonable. -MOT de Conductor: La determinación del MOT del conductor se basa en las propiedades físicas del conductor o en el límite de holgura (separación) del conductor, cualquiera que sea el control. -La limitación de las propiedades físicas del conductor es la pérdida de resistencia debido al recocido, que para el aluminio comienza a ocurrir a temperaturas superiores a 200 ° F (93 ° C). La ATC ha determinado una pérdida aceptable de resistencia en función de la temperatura, como se resume en la siguiente tabla

Tabla 2. Temperaturas máximas de operación para varios conductores [3]

Condiciones ambientales: ATC está pasando de parámetros meteorológicos heredados a parámetros meteorológicos basados en estudios. Se puede usar cualquiera de los siguientes dos conjuntos de parámetros. -Parámetros meteorológicos heredados - Las calificaciones heredadas se basan en las condiciones climáticas ambientales que se muestran de acuerdo con la temporada correspondiente. - ATC usa cuatro (4) períodos de calificación estacionales: primavera, verano, Otoño e Invierno como se define en el Procedimiento de Operación de Transmisión ATC TOP-20-GN-000034, Transición de Límite Estacional de la Instalación de EMS. -Para la calificación de líneas aéreas, ATC considera las mismas condiciones ambientales para las temporadas de primavera y otoño. A continuación se muestra la tabla con los datos heredados

Tabla 3. Parámetros heredados para la calificación de conductores de transmisión aérea [3] Parámetros meteorológicos basados en estudios: -Los datos basados en el estudio se concentran en las condiciones ambientales que se muestran de acuerdo con las estaciones prescritas definidas en el Procedimiento de Operación de Transmisión ATC TOP-20-GN-000034, Transición de Límite Estacional de la Instalación de EMS. - Los parámetros meteorológicos basados en el estudio se desarrollaron a través de un estudio siguiendo las pautas de la industria dadas por el CIGRE TB-299. A continuación se muestran los datos meteorológicos en los que se basa la selección del conductor.

Tabla 4. Parámetros meteorológicos basados en estudios para la calificación de conductores de transmisión aérea. [3]

Carga Electcrica y duracion -Todos los datos publicados por la ATC asumen una carga en estado estacionario (constante) para las siguientes duraciones: -continuo para condiciones normales -2 horas para condiciones de emergencia [3]

Bibliografía [1] Centelsa, Catalogo de conductores: Conductor ACSR, Conductor AAAC, Conductor ACAR, Conductor ACSR/AW. [2]

Nehrin, ACSR - Aluminum Conductor Steel Reinforced, disponible en http://www.nehringwire.com/wp-content/uploads/2017/12/ACSR-Aluminum-Conductor-SteelReinforced.pdf

[3] Ing. Amado Beloff Consultor, EPR, Mayo 2004, Definición de los Aspectos Básicos del Diseño de la Línea de Transmisión SIEPAC, volumen 1 y 2.

[4] Robert Kluge, American Transmission Company (ATC), 30 de Abril de 2012, Overhead Transmission Line Ampacity Ratings