Selección del Cable para Filtros de Armónicos y Bancos de Condensadores

Introduction
Este documento presenta los aspectos fundamentales de la selección de cable o conductor para la conexión de filtros armónicos y condensadores paralelos en base de concreto a los sistemas de energía de utilidad, comercial e industrial, con tensiones de 2,4 a 34,5 kV. Se suministra información sobre la selección de cable y el uso de conos de condición de carga. La selección apropiada de estos artículos puede disminuir el tiempo de instalación, costo del material, y posteriormente, los costos totales de la instalación de la serie de filtro armónico y bancos de condensador.

Antecedentes
Los Bancos de Condensadores sobre base de concreto de media y alta tensión son normalmente conectadas al sistema de energía a través del cable aislado. Para los sistemas de 2400 a 4160 voltios, este cable puede ser cable blindado o sin blindaje. Para los sistemas de más de 4160 voltios, el cable debe ser blindado de acuerdo con los requerimientos del Código Eléctrico Nacional (NEC). La terminación del cable blindado debe realizarse con conos de liberación de energía y se debe realizar en todos los puntos terminales.

Algunos filtros de armónico y bancos de condensadores en base de concreto puede que no necesiten cable de media tensión, si estos están suministrados con una opción de entrada de pasante, y para estos bancos, se puede usar un conductor de 600 voltios. Northeast Power Systems, Inc. (NEPSI) recomienda que se utilice un conductor de 600 voltios, ya que la capa delgada de 600 voltios de aislamiento tenderá a proteger el cobre (si se utiliza cobre) de la corrosión. El conductor aislado de 600 voltios se debería clasificar para el uso externo y se debería tratar como un conductor desnudo. Cuando se instale este conductor, es importante que se alcancen los requerimientos de despeje entre fases y fase-tierra de NEC (tabla 710-33 de NEC). Los conductores también deberían soportar de manera adecuada para que no se balanceen juntos desde las fuerzas debido a las fallas, viento u otras fuerzas de la naturaleza.

Elegir un conductor de 600 voltios para los bancos con entrada de pasante es simple. Determine el tamaño del conductor desde la Tabla 1 y la fuente del conductor clasificado para el uso externo. Por otro lado, le elección de un cable de media tensión es un poco más complicado y es el tema primordial de este documento. Hay una gran cantidad de opciones y consideraciones que no pueden ser presentadas totalmente, pero las opciones y consideraciones principales son las siguientes:

Un entendimiento de las consideraciones anteriores, puede ser todo lo necesario para elegir el cable correcto para su instalación.

Nivel de Aislamiento y Tensión
El cable se debería clasificar en el nivel de tensión entre fases del banco de condensadores y la serie de filtro armónico. Además de la clasificación de tensión, se debe elegir el nivel de aislamiento del cable. El nivel de aislamiento del cable es dependiente de la protección de sobrecorriente y método de conexión a tierra del sistema en cual se está aplicando el banco . La descripción de cada nivel de aislamiento se describe a continuación. Un enfoque más prudente, cuando se esté en duda, es elegir el nivel de aislamiento de 133% o 173%.

Nivel de Aislamiento de 100%	Los cables en esta categoría se deberían utilizar en circuitos que se suministran con la protección del relé para que una condición de falla a tierra sea despejada lo más pronto posible, pero en cualquier caso dentro de un minuto. El nivel de aislamiento es aplicable a la gran mayoría de las instalaciones de cable que en los sistemas neutrales de conexión a tierra.
Nivel de Asilamiento de 133%	Los cables en esta categoría se deberían utilizar en instalaciones donde los requerimientos de tiempo de despeje del nivel de 100% no se pueden alcanzar, pero hay una garantía adecuada que la sección de falla se despejará dentro de una hora. Este nivel de aislamiento también se puede usar cuando la fuerza de aislamiento más grande (fiabilidad más alta), que la que se proporciona por el grosor del nivel de 100%, se desea.
Nivel de Asilamiento de 173%	Este nivel se debe usar cuando el tiempo requerido para reactivar una sección defectuosa es indefinido o cuando el circuito es de un tipo resonante de conexión a tierra.

Tipo de Aislamiento
Hay una gran cantidad de opciones disponibles cuando se trata de elegir el tipo de aislamiento. Los tipos prominentes en el uso hoy en día incluyen: aislamiento TRXPLE, XLPE, EPR Y HMWPE. Estudios han señalado que el cable HMWPE es raramente utilizado, mientras que el aislamiento EPR y TRXLPE parecen ser el tipo preferido.

Blindaje
Los cables blindados se necesitan para las tensiones más arriba del nivel 5kV, y son opcionales en el nivel de 4160 y 2400 voltios. El blindaje controla la descarga eléctrica entre el conductor y la conexión a tierra, y da protección contra el agua que penetra en el aislamiento del conductor. El blindaje completo del cable consiste de dos partes: la primera es una capa semiconductora no metálica, ya sea extrudida o pegada sobre el aislamiento, la cual cierra completamente el cable, y la segunda, es un conductor metálico de uno de muchos tipos el cual sirve para proporcionar un sólido vínculo entre la capa semiconductora y el blindaje metálico. El blindaje metálico puede tomar formas diferentes, por ejemplo, blindaje de hilo, blindaje de cinta y blindaje de cinta corrugada, neutral concéntrico de correa horizontal, neutral concéntrico de cable redondo. La elección del blindaje depende principalmente de la corriente de falla que transporta la capacidad del blindaje. Generalmente, los blindajes neutrales concéntricos no son requeridos por las aplicaciones del banco de condensadores. Normalmente el blindaje de cinta corrugada tiene capacidades de manejo de falla más altas que el blindaje de hilo y de cinta, y son una buena elección para las instalaciones de serie de filtro armónico y banco de condensadores.

Corriente Permanente Admisible del Condutor
La corriente permanente admisible del conductor se debería elegir basándose en los requerimientos de NEC, y se debería dar una consideración a la futura expansión del banco de condensadores y series de filtro armónico y los requerimientos de servicios agregados desde los armónicos hacia las series de filtro armónico. Las tablas de la página anterior de este documento muestran las capacidades de kvar para los conductores desnudos de distintos tamaños y cable MV-90 en niveles de tensión estándar de industria. Estas tablas proporcionan tamaños prudentes de condensadores que deberías funcionar para la mayoría de las instalaciones.

La corriente permanente admisible del cable señalado está basada en la tabla con la clasificación de corriente permanente admisible más baja para los conductores de alta tensión en las Tablas 310-69 hasta 310-84. Las clasificaciones de kvar tienen un factor de reducción de los valores especificados de un 25% para justificar las sobretensiones y los armónicos. Se deberían consultar por aplicaciones las verdaderas tablas y factores de reducción de los valores inusuales especificados de NEC. Además, para las instalaciones de paso de cables, NEC pide un conductor de 1/0 o más grande. En general, el cable de 5kV no está disponible en tamaños menores que AWG #4 y el cable 15kV no está disponible en tamaños menores que AWG #2. Sólo este hecho, en muchos casos, determinará los requerimientos del tamaño del conductor.

Envoltura

La envoltura del cable de media tensión tiene varias funciones.

1	Proporciona protección mecánica para el cable
2	Proporciona una barrera contra el ingreso de humedad que podría dañar el aislamiento del cable o el material de blindaje
3	Proporciona algo de aislamiento eléctrico entre el blindaje y el suelo. Esto sería importante en los sistemas de cables en los cuales sólo un lado del cable blindado está conectado a tierra.
4	Para los cables directamente enterrados, se puede proporcionar una envoltura semiconductora para limitar el blindaje a la tensión a tierra.

La elección de la envoltura cae principalmente en el tipo de aplicación. Para las aplicaciones que involucran un entierro directo, paso de cables, y luz solar directa, la envoltura del cable debería estar marcada u enlistada para la aplicación.

Conos de Liberación de Energía
Como se discute anteriormente, cuando se usa un conductor blindado, se deben utilizar los conos de liberación de energía. Como se muestra en la figura 1, un cono de liberación de energía proporciona medios para reducir y controlar las liberaciones de energía donde el sistema de blindaje de cable termina, un poco antes del punto de terminación.

Figura 1 – Típico cono de liberación de Energía Señalando un Campo Eléctrico Gradual

A continuación hay tres clases de terminaciones enlistadas.

Clase 1	Esta clase de terminación es normalmente utilizada en el exterior y proporciona lo siguiente:
	1) Alguna forma de control de liberación de energía eléctrica para la terminación de blindaje de  aislamiento del cable 2) Aislamiento total de fuga externa (pérdidas para aumentar la distancia de fuga en la superficie) entre el conductor de media tensión y el suelo.   3) Un sello para prevenir la entrada del ambiente externo hacia el cable
Clase 2	Estas terminaciones son las mismas que las terminaciones de la clase uno, excepto que no hay ningún sello (Artículo 3 en la categoría de la Clase 1 anterior) para el ambiente externo. Este tipo de terminación normalmente se usaría en el interior o en el exterior cuando está equipada con blindaje contra la lluvia o aislamiento externo especial.
Clase 3	Una terminación de Clase 3 proporciona solo un control de liberación de energía eléctrica (sólo el primer artículo en la categoría de Clase 1 anterior). Esta clase de terminación utilizada primeramente de uso interno.

Las tablas y textos en este documento son sólo para propósitos de información y por lo tanto Northeast Power Systems o cualquier otra afiliación, no puede ser responsable por su rectitud.

Para ventas en Latinoamérica:

Ingeniería y Desarrollo Tecnológico S.A.

www.idt.cl
info@idt.cl
teléfono: +56 (2) 719-2200
fax: +56 (2) 742-3934
Contacto: Rodrigo Dünner

Northeast Power Systems, Inc.
66 Carey Road
Queensbury, New York 12804
Teléfono: 518-792-4776
Fax: 518-792-5767
E-mail: sales@nepsi.com
Website: www.nepsi.com