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TEMA 3 – Diseño de líneas subterráneas en A.T
TEMA
3
–
DISEÑO
DE
SUBTERRÁNEA EN A.T.
UNA
LÍNEA
1.- Generalidades
Tras el transporte a través de líneas aéreas de AT desde las centrales productoras, la energía llega
a las poblaciones. Allí se distribuye casi exclusivamente mediante líneas subterráneas que serán
de media tensión hasta los centros de transformación, y de baja tensión a la salida de los mismos.
La utilización de este tipo de instalaciones no sólo se debe a razones de seguridad para las
personas, sino que también obedece a criterios estéticos y de aspecto físico de las ciudades.
Las líneas de MT subterráneas no aparecen exclusivamente en las ciudades, sino que hay otras
situaciones en las que se utiliza este tipo de instalación:
En el recorrido de una línea aérea pueden aparecer obstáculos físicos o condicionantes
administrativos que hagan necesario o conveniente el soterramiento de la línea.
En algunas Centrales Hidroeléctricas en caverna se une los transformadores del interior
con las líneas aéreas exteriores mediante cables aislados de MT que discurren a lo largo
de galerías o pozos.
Las salidas de algunas Centrales Termoeléctricas hasta las líneas aéreas o las
subestaciones de distribución se hacen mediante líneas subterráneas cuando atraviesas
zonas habitadas.
En algunos complejos industriales no es posible la alimentación mediante líneas aéreas,
luego debe recurrirse a redes subterráneas de alta tensión.
En interconexión de algunas subestaciones o al realizar el cierre en anillo.
Por requerimiento de Organismos Oficiales o Particulares que requieren la sustitución de
un tramo de línea aérea por uno subterráneo.
Las redes de distribución subterránea tienen un coste mucho más elevado que las líneas aéreas,
ya que por un lado el calado de la vía pública para poder alojar las canalizaciones, conductores y
señalización de los mismos y por otro el uso de conductores más sofisticados, repercuten
considerablemente en el coste de la instalación.
Dedicaremos el presente tema al estudio de este tipo de líneas eléctricas abordando aspectos
como el tipo de cables empleados y sus campos de aplicación, la tecnología específica que
requieren y su disposición en el subsuelo urbano. Por otro lado, veremos la normativa de aplicación
en este tipo de instalación y los cálculos necesarios para el dimensionado adecuado.
1.1.1 Normativa de Aplicación
Hasta ahora no existía ningún reglamento de líneas subterráneas de media tensión. El nuevo
Reglamento de Líneas de Alta Tensión ya las recoge en una Instrucción Técnica específica para
éste tipo de líneas: ITC-LAT 06
DID
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TEMA 3 – Diseño de líneas subterráneas en A.T
Además de éste, existen una serie
de normas y directrices que deben
ser aplicadas en el diseño y montaje
de este tipo de líneas, que son:
ITC-LAT 06 - LÍNEAS SUBTERRÁNEAS CON CABLES
CAMPO DE
APLICACIÓN
• CABLES AISLADOS,
• TENSIÓN ASIGNADA > = 1
• C.A. TRIFÁSICA A 50 Hz
“…A TODAS LAS LÍNEAS SUBTERRÁN EAS Y A
CUALQUIER TIPO DE INSTALACIÓN
LAS LÍN EAS AÉREAS…”
• En galerías,
• En bandejas en el interior de
• en fondos acuáticos, …
•
Normas UNE que regulan los
tipos
de
cables,
su
designación, la fabricación
de cables y accesorios, etc.
(introducidas en el RLAT)
•
Normas de las compañías
eléctricas
debidamente
aprobadas
por
la
Administración competente
(Proyectos Tipo).
•
Recomendaciones UNESA para la fabricación e instalación de distintos elementos.
•
Disposiciones reglamentarias municipales o locales recogidas en las correspondientes
Ordenanzas Municipales.
Tal como aparece en la
instrucción de líneas aéreas, para
las subterráneas existen también
unos
valores
de
tensión
normalizados que se emplearán
en las líneas subterráneas que
coinciden
con
los
correspondientes a las líneas
aéreas y son:
* Tensiones de uso preferente en
redes de transporte y distribución
Tensión nominal de
la red (kV)
Tensión más elevada
de la red (kV)
3
3,6
6
7,2
10
12
15
17,5
*
20
24
25
30
30
36
45
52
66*
72,5
110
123
132*
145
150
170
220*
245
400*
420
Categorías según
tensión de la red
Tercera Categoría
Segunda Categoría
Primera Categoría
Categoría Especial
Además de la clasificación según la tensión nominal de la línea, las líneas subterráneas se
clasifican en tres categorías diferentes que dependen de la duración máxima de un ocasional
funcionamiento con una fase a tierra. Éstas son:
Categoría A: Los defectos a tierra se eliminan rápidamente y como máximo en un minuto.
Categoría B: Los defectos a tierra se producen durante un tiempo limitado que no debe superar
una hora, aunque podría admitirse un tiempo mayor cuando así lo especifique la norma particular
del tipo de cable y accesorios empleados.
Categoría C: Es cualquier red que no sea no categorías A o B.
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ITC-LAT 06 - LÍNEAS SUBTERRÁNEAS CON CABLES AISLADOS
TENSIÓN ASIGNADA (U0/U)
Tensión nominal (Un)
CATEGORÍA
U0/U
Duración máxima
del eventual
funcionamiento del
sistema con una
fase a tierra
En el RLAT se definen igualmente unas
tensiones asignadas del cable y sus
accesorios, con los que el fabricante
deberá designarlos: U0/U
Esta tensión asignada se escogerá en
función de la tensión nominal de la red
(Un), o tensión más elevada de la red
(Us), y de la categoría de la red. Tal
como se aprecia en la siguiente tabla:
Tensión más elevada de la red (Us)
DID
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1.2 Componentes
1.2.1 Cables Aislados
Antes de adentrarnos en este punto distinguiremos entre un conductor y un cable:
•
•
Conductor es el elemento metálico
encargado de conducir la corriente
eléctrica. Puede ser de dos tipos:
Hilo: formado por una sola
varilla.
Cuerda: constituido por varios
alambres reunidos en forma de
hélice formando un único
cuerpo.
Cable es el conjunto constituido por
una o varios conductores protegidos
generalmente por una envoltura que
reúna la flexibilidad, resistencia
mecánica y rigidez dieléctrica
necesarias para el uso a que el
cable se destina.
1.2.1.1 Componentes de un Cable Aislado
En los cables aislados de cualquier tensión se
distinguen básicamente tres elementos:
El Conductor
Es
el
componente
fundamental del cable a
través del cual circula la
corriente eléctrica. Por ello
se le exigirá una baja
resistividad eléctrica, buenas
características mecánicas y alta resistencia a la corrosión. Los materiales
más empleados son el cobre recocido y el aluminio semiduro que se
disponen en forma de cuerdas que pueden estar constituidas por
alambres de forma cilíndrica o de forma sectorial, empleándose las últimas en secciones grandes
por el ahorro de espacio que suponen.
Cuerda
Circular
Compactada
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Cuerda
Milliken
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El Material Aislante
Posibilita el aislamiento eléctrico del conductor en virtud de las buenas características dieléctricas
de este material. Se dispone alrededor del conductor cubriéndolo totalmente y con un espesor
adecuado a la tensión de servicio del cable, con el fin de que el campo eléctrico al que está
sometido el aislamiento sea muy inferior a la tensión de perforación o rigidez dieléctrica del medio.
Los materiales aislantes empleados en alta tensión se clasifican en:
•
Aislamientos estratificados: Consiste en cintas aislantes aplicadas en hélice a paso
muy corto. Se emplean dos tipos:
Cintas de papel impregnadas en aceite.
Cintas mixtas impregnadas en aceite.
El aceite puede ser fluido o no migrante. El primero posibilita mayores tensiones de
trabajo (hasta 1.100 kV) pero requiere un elevado mantenimiento del sistema de bombeo
con pérdidas frecuentes y numerosas averías, por lo que se utiliza más la variante no
migrante aunque admita menores tensiones de servicio.
•
Aislamiento secos o extrusionados: Se trata de materiales poliméricos sintéticos
aplicados mediante un proceso de extrusionado. Se emplean dos tipos distintos:
Termoestables. Son aquellos que, fundiendo las materias primas por acción del
calor, se solidifican al sobrepasar una cierta temperatura, quedando con la forma del
molde. Tienen la propiedad de no fundirse al calentarlas nuevamente. Los
empleados en líneas subterráneas de MT son:
•
•
Termoplásticos. Tienen la propiedad de ablandarse con el calor y solidificarse al
enfriarlos, pudiendo moldearse sin que pierdan sus propiedades.
•
•
DID
Goma EPR o Etileno Propileno (150 kV)
XLPE o Polietileno Reticulado (220 kV)
PVC o policloruro de vinilo (6 kV)
Etileno propileno de alto módulo o HEPR (400 kV)
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Las Protecciones del Cable
Además del conductor y el aislamiento, la mayoría de los cables disponen de sucesivos elementos
cuya misión es proteger el cable contra los
distintos tipos de agresiones.
Según la naturaleza de la protección que ese
elemento procure al cable, se distinguen:
Protecciones contra daños de origen eléctrico
•
Capas Semiconductoras.
Hay de dos tipos:
>
Capa
semiconductora
interna: Alisa el campo
eléctrico más próximo al conductor, haciéndolo perfectamente cilíndrico y evitando
así las irregularidades superficiales que introduce el cableado de la cuerda al
rellenar adecuadamente los huecos presentes entre los alambres.
Por otro lado, impide la ionización del aire comprendido entre el conductor y el
aislante (efecto corona).
En los cables con aislamiento de papel impregnado se consigue el mismo efecto
colocando sobre la cuerda conductora una cinta de papel de carbón.
>
Capa semiconductora externa: tiene una función similar a la de la capa
semiconductora interna pero en la parte exterior del aislamiento, manteniéndose
en íntimo contacto con éste y evitando la presencia de vacíos en tensión entre los
elementos de la pantalla y el aislamiento. Por estar en contacto con la pantalla, se
mantiene a la tensión de tierra.
En los cables unipolares aislados con papel impregnado esta función la efectúa el
tubo de plomo.
•
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Pantallas o blindajes. Son elementos metálicos con
funciones de protección eléctrica constituida por una corona
de alambres normalmente de cobre o por una envoltura
metálica estanca que haría a la vez las funciones de
armadura. Pueden desempeñar distintas funciones:
>
Dar forma cilíndrica al campo eléctrico que rodea un
conductor en cables de MT y AT, logrando una
distribución simétrica del esfuerzo eléctrico.
>
Confinar el campo eléctrico en el interior del cable.
>
Limitar la influencia mutua entre cables eléctricos.
>
Evitar, o al menos reducir, el peligro de electrocuciones.
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Protecciones contra daños de origen mecánico
•
Armaduras. Son elementos metálicos cuya función característica es la protección
mecánica. Pueden diseñarse para proteger al cable contra esfuerzos cortantes, de
tracción, contra roedores, etc.
•
Cubiertas. Son aquellos elementos de protección no metálicos que preservan al cable
contra agentes dañinos exteriores: químicos, biológicos, atmosféricos, abrasivos, etc., o
que mejoran determinadas características internas para satisfacer mejor sus
prestaciones: materiales de relleno, barreras antillama en los cables resistentes al fuego,
etc.
Los materiales empleados son:
>
>
Termoplásticos:
PVC
Polietileno termoplástico
Poliolefinas
Termoestables
Policloropreno (Neopreno)
Polietileno clorosulfonado (hypalón)
1.2.1.2 Clasificación de los Cables de MT
Según su Configuración
Atendiendo a este criterio de clasificación tendremos:
DID
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•
Cable Unipolar. Está constituido por solo conductor, que casi
siempre es de sección circular, además de los aislamientos y
protecciones necesarias para cada aplicación. Su utilización se
ha ido extendiendo conforme ha aumentado la potencia
demandada y su aplicación en una determinada circunstancia en
competencia con los cables multipolares obedecerá a criterios de
economía, capacidad de transporte y gastos de instalación.
•
Cable multipolar. Está formado por dos o más conductores, bien
sean de fases, neutro, protección o de señalización. Cada uno de
ellos dispone de su propio aislamiento y el conjunto se completa
con una envolvente aislante, pantalla, recubrimiento contra la
corrosión y efectos químicos, etc., común.
Según el Campo Eléctrico
Las líneas de campo electrostático de un conductor unipolar tienen una forma radial, es decir, a
una distancia fija del centro del cable el campo es idéntico en todos los puntos. Con campos de
estas características, los esfuerzos eléctricos que soportan los aislamientos son idénticos en todos
los puntos, sin desequilibrios.
En el cable tripolar las líneas de fuerza ya no siguen trayectorias radiales, debido a que los
potenciales existentes en el espacio entre los conductores y el exterior no son simultáneamente
iguales. Así, distinguiremos dos tipos de cables tripolares:
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•
Cables de campo no radial. El campo eléctrico en la
masa del aislamiento no es radial, ya que, además del
campo debido a su propio conductor, inciden los campos
de las otras dos fases. Esta forma de trabajo no favorece
al aislamiento.
•
Cables de campo radial. Cuando cada una de las fases
que constituyen el cable posee una pantalla
independiente, se consigue confinar el campo de cada
uno de los conductores a su propio aislamiento,
lográndose un campo radial.
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1.2.1.3 Designación de los Cables de MT
Como ya hemos visto, los cables aislados son sistemas complejos que comprenden diferentes
elementos. Para identificar todas las variantes posibles existe una nomenclatura normalizada que
permite su designación de forma estandarizada, facilitando la relación biunívoca entre el cable y su
nombre, por encima de las denominaciones comerciales propias de cada fabricante. Son dos las
normas que rigen esta denominación:
•
UNE 21024. Se aplica a cables aislados con papel impregnado de mezcla no migrante y
tensiones nominales comprendidas entre 1,8/3 y 26/45 kV.
•
UNE 21123. Válida para cables de transporte de energía con aislantes secos para
tensiones nominales de 1 kV a 30 kV.
Las denominaciones se desglosan en los siguientes elementos:
-
La palabra UNE para identificar que se trata de una designación normalizada.
-
El tipo constructivo del cable expresado mediante un grupo de letras referentes a
los diferentes elementos que lo integran.
-
La tensión nominal para la cual ha sido construida el cable, expresada en KV e
incluyendo los valores U0 y U.
-
El número, la sección nominal y la forma y naturaleza de los conductores.
1.2.2 Accesorios
Loa
accesorios
empleados
en
las
terminaciones y los empalmes de los cables
aislados forman parte del propio sistema de
transporte por lo que deben diseñarse para
que cumplan con los mismos requisitos que
el cable, es más, los márgenes de seguridad
deben ser mayores ya que son elementos
sometidos a manipulaciones. El RLAT
establece que deben ser adecuados a la
naturaleza, composición y sección de los
cables, además de no aumentar la
resistencia eléctrica del sistema.
Existen básicamente dos tipos de accesorios:
DID
•
Terminales: son los elementos imprescindibles de la línea de distribución que se
disponen en sus extremos. Unen tanto la línea aérea predecesora con la línea
subterránea, como el cable aislado con el transformador de distribución.
•
Empalmes: es la unión de dos conductores con el objeto de dar continuidad eléctrica y
mecánica al sistema. Se emplean cuando la línea tiene una longitud elevada o se ha
producido una rotura del cable durante su tendido.
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1.2.2.1 Terminales
Colocados en los extremos del cable, los terminales deben cumplir los
siguientes requisitos:
-
Separar físicamente el conductor de su pantalla metálica.
-
Disponer de una línea de fuga adecuada según el nivel de
polución y otras condiciones ambientales del lugar donde se
instalan.
-
Mantener la estanqueidad tanto del interior al exterior del cable
como en sentido contrario.
Los terminales se clasifican según su lugar de colocación en de
interior y de exterior, y según el número de conexiones en unipolares
y tripolares. Al último tipo se le denomina en el argot eléctrico como
botella terminal.
TERMINAL DE
INTERIOR
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TERMINAL DE
EXTERIOR
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Terminales de Exterior
Se emplea para enlazar líneas subterráneas con líneas aéreas y
se ubica en los apoyos de entronque o fin de línea. Su principal
reto es impedir que la humedad penetre en el sistema y entre en
contacto con los conductores. Por eso deben ir debidamente
sellados y dotados de aletas para aumentar la línea de fuga del
sistema. Se fabrican en distintos materiales:
•
Porcelana: se trata de un material utilizado durante
muchos años con resultados satisfactorios, luego se
emplea en los terminales de cables con tensión
superior a 66 kV. Es también el que más se utiliza
con cables de papel impregnado en aceite.
•
Terminales elásticos: Son materiales plásticos con
propiedades elásticas que con un número reducido
de tallas se adaptan a toda la gama de secciones de
cables de MT. El más empleado es el caucho de
silicona. Existen dos variantes:
Materiales termorretráctiles: el material plástico
de características adecuadas se retícula,
posteriormente se expande a una cierta
temperatura y, por último, se enfría conservando
la deformación. Este elemento posee una
memoria elástica de manera que recobra su
forma original cuando es calentado mediante un
soplete.
Materiales retráctiles en frío: se utiliza un material
elastomérico pretensado que mantiene su
deformación gracias a un elemento auxiliar que
es eliminado durante el montaje, logrando con ello la contracción del material
plástico y su ajuste al cable. Por su comodidad de instalación, ha ido reemplazando
al anterior.
Terminales de Interior
Los encontramos fundamentalmente en los Centros de Transformación donde la línea subterránea
acomete a las celdas del transformador. Las tecnologías de fabricación son las mismas que para el
caso de terminales de exterior pero no lo es su forma constructiva. Exteriormente se distinguen de
los anteriores por tener una menor línea de fuga, además de poderse presentar la modalidad de
terminales enchufables.
DID
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1.2.2.2 Empalmes
El empalme es el accesorio que conecta dos tramos de
una línea subterránea. En la unión de cables aislados
debe garantizarse la continuidad de todos los elementos
que constituyen el cable: el conductor, la pantalla, el
aislante, la cubierta, etc. La unión del conductor se realiza
mediante manguitos o elementos metálicos que alojan los
dos conductores y que constituyen el cuerpo del empalme.
El resto de elementos se unen a través de accesorios en su mayoría retráctiles de forma tubular
que se colocan concéntricos al manguito.
Tecnología retráctil en frío
Tecnología Termoretráctil
1.2.2.3 Derivaciones
Cuando se quiere empalmar una línea secundaria a
otra principal se debe realizar una derivación
empleando accesorios adecuados que permitan la
ramificación de la línea al mismo tiempo que aseguren
la continuidad eléctrica y mecánica del sistema.
Tecnológicamente son similares a los empalmes con la
salvedad de que en la mayoría de los casos los cables
derivados son de menor sección que los de la línea
principal, por lo que ha de preverse este cambio de
sección en la interconexión de los conductores.
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1.2.3 Propiedades y Aplicaciones de los Distintos Cables Aislados
1.2.3.1 Cables Aislados con Papel Impregnado
El uso de este tipo de aislante en los cables de AT se remonta al siglo XIX, y continúa utilizándose
en la actualidad debido a sus magníficas propiedades dieléctricas. La tendencia actual es
eliminarlo paulatinamente aunque aún se emplea en las tensiones más elevadas especialmente en
su variante de aceite fluido.
La envoltura aislante que rodea al conductor está formada por varias capas de papel especial
sometidas a una operación previa de secamiento y a otra de impregnación al vacío. El papel
empleado es de celulosa pura, la cual ha de contener la menor cantidad posible de sales
ionizables. Por otro lado, la mezcla de impregnación está compuesta por aceites minerales y
materias resinosas de gran rigidez dieléctrica, además de una cierta cantidad de ceras minerales
que restan fluidez al conjunto.
Los conductores de este tipo de cables son cuerdas de
cobre o de aluminio, generalmente compactadas ya sean
de sección circular o sectoral.
La elevada resistencia al envejecimiento y a la ionización
de este tipo de cables, y su resistencia intrínseca a la
humedad por lo inevitable de la presencia de la cubierta de
plomo, le convierten en el cable de más dilatada vida útil.
Sin embargo, precisamente por el tubo de plomo lo
desaconsejan en aquellas instalaciones donde se prevea
la necesidad de modificar en un futuro próximo el itinerario
del tendido.
Se trata del cable idóneo para la red subterránea de media
o alta tensión de distribución de una ciudad, ya que su
escaso índice de averías reduce al mínimo las
impopulares zanjas de las reparaciones en la vía pública, al tiempo que
mantiene en niveles muy confortables la regularidad del servicio. No
obstante, las mejoras continuas introducidas en la fabricación de cables con
aislamientos secos hacen que vayan siendo remplazados por estos.
1.2.3.2 Cables Aislados con Polietileno Reticulado (XLPE)
El polietileno sin reticular posee una excelentes propiedades eléctricas, pero
presenta serios inconvenientes debido a su baja resistencia a la ionización,
su sensibilidad a la acción de la humedad en terrenos contaminados que
limita su aplicación en instalaciones subterráneas, y su termoplasticidad que
obliga a fijar temperaturas máximas de servicio y de cortocircuito muy bajas.
Sin embargo, tras la reticulación química de ese material adquiere una
excelente estabilidad térmica, soportando temperaturas de trabajo del
conductor de hasta 90 ºC.
El punto más débil de este aislamiento sigue siendo su relativa baja
resistencia a la ionización en presencia de la humedad, fenómeno conocido
como Water treeing (arborescencia húmedas), lo que obliga a tomar
precauciones especiales. En primer lugar se dotan de una cubierta de alta
impermeabilidad y elevada resistencia a los desgarres y cortes, además se
DID
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emplean cintas absorbentes o polvos higroscópicos que colocados encima y/o debajo de la
pantalla de hilos de cobre producen un efecto barrera al paso del agua entre la cubierta y la capa
semiconductora externa; por último, todos los intersticios del conductor se rellenan con un
compuesto absorbente de humedad que actúa como papón en caso de contacto con el agua y
evitan su propagación transversal.
En definitiva, se trata de un cable de características muy notables tanto de pérdidas en el
dieléctrico, resistividad térmica y eléctrica como rigidez dieléctrica. Sus limitaciones más
importantes son la aparición de arborescencias en presencia de humedad, por lo que se
desaconseja su empleo en tendidos subterráneos en suelos con presencia de humedad y su
rigidez que dificulta su instalación en recorridos muy sinuosos.
Se trata de un cable idóneo por su ligereza de peso
y reducido diámetro para instalaciones industriales
en el interior de fábricas, en galerías, grapado en
túneles, etc.
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1.2.3.3 Cables Aislados con Goma Etileno-Propileno (EPR y HEPR)
El desarrollo de este material fue posterior al XLPE y, manteniendo las ventajas de la
termoestabilidad del anterior, aportó una mayor resistencia a la humedad hasta el punto de que se
emplea en la fabricación de cables submarinos, en los que el aislamiento está en contacto directo
con el agua de mar sin protección adicional alguna. Otra de las mejoras introducidas fue su
resistencia al efecto corona, por lo que se puede decir que el EPR es el mejor aislamiento seco
conocido hasta el momento.
Su punto débil reside en un
factor de pérdidas en el
dieléctrico ligeramente mayor
que el del XLPE y, sobre
todo, una mayor resistencia
térmica, lo que reduce la
intensidad máxima admisible
en servicio permanente (un
5% inferiror a la del XLPE).
Como ya se ha indicado anteriormente, se trata de un material que resiste perfectamente la acción
de la humedad, y además posee la estructura de una goma. Es idóneo para instalaciones
subterráneas en suelos húmedos, instalaciones en las que el recorrido es muy sinuoso o donde se
prevea un próximo cambio de recorrido.
La variante de Etileno-Propileno de alto módulo (HEPR) permite aumentar las temperaturas de
servicio del cable por su mayor resistencia al envejecimiento térmico y, por tanto, lograr mayores
intensidades admisibles para las mismas secciones del conductor.
DID
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1.3 Formas de Instalación de las Líneas Subterráneas
Todas las redes subterráneas tienen en
común que, por razones de economía y
simplicidad, deben tener trazados lo más
cortos y rectilíneo posibles, respetando
siempre los radios de curvatura admisibles
para cada tipo de conductor. En zonas
urbanas deberán discurrir preferiblemente
bajo aceras y a ser posible paralelos a las
líneas de las fachadas de los edificios.
En cuanto a la forma en que los cables se colocarán en el subsuelo, se tienen las siguientes
posibilidades:
FORMAS DE INSTALACIÓN
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Directamente enterrados
Enterrados bajo tubo
En galerías
•
Visitables
•
Registrables
En Atarjeas o canales revisables
En bandejas, soportes, palomillas o directamente sobre
pared
En fondos acuáticos
Conversiones aéreo-subterráneas
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1.3.1 Enterrados Directamente en el Terreno
Los cables se colocan en el interior de la zanja directamente en
contacto con el terreno. Para evitar que la cubierta del cable sufra
daños en su tendido, se coloca un lecho de un mínimo de 5 cm de
espesor de arena de río o tierra cribada, totalmente desprovista de
piedras que pudieran rasgar la cubierta. Con ese mismo material se
cubren los cables con un espesor mínimo de 10 cm. A continuación,
para proteger el cable frente a excavaciones hechas por terceros se
coloca una capa de ladrillos, placas de hormigón o cualquier otro
material con suficiente resistencia mecánica. Después se rellena la
zanja con el propio material que se extrajo en la excavación y se
compacta. Próxima a la superficie, se dispone una cinta de
señalización que advierte de la presencia de un cable eléctrico de alta
tensión.
El RLAT no establece las dimensiones de
cada una de las partes de la instalación
aunque si fija una profundidad de
enterramiento mínima desde la parte
inferior del cable más próximo a la
superficie que es de:
•
60 cm en acera o tierra
•
80 cm en calzada
1.3.2 En canalización entubada
Los cables de media tensión se tienden en el interior de un tubo ubicado en
el fondo de una zanja. Con ello se evita el uso de arena de río así como de
protecciones mecánicas ya que el tubo realiza esta función, aunque si es
preceptiva la cinta de señalización. Este sistema tiene la ventaja respecto
al anterior de que la reparación de averías resulta más fácil y económica.
Según el RLAT, la
profundidad mínima de la parte inferior del tubo
a la superficie ha de ser de 0,6 m en acera y
0,8 m en calzada.
DID
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Los tubos empleados tienen elevada resistencia mecánica, su interior es liso para no dañar la
cubierta de los cables en su instalación y pueden ser de materiales tan diversos como cemento y
derivados, metálicos, plásticos, etc. Su diámetro será al menos 1,5 veces el diámetro exterior del
cable multipolar o el diámetro aparente del sistema constituido por cables unipolares. Cada cable
multipolar o terna de cables unipolares dispondrá de su tubo independiente y si se instalase cada
cable unipolar en un tubo, este no podrá ser de material ferromagnético ya que se producirían en
su seno inducciones magnéticas ocasionadas por el paso de la corriente eléctrica.
Cuando la instalación subterránea cruza una calzada, para protegerla
frente a las vibraciones ocasionadas por el tráfico rodado, se
hormigonea la parte inferior de la zanja recubriendo la totalidad del tubo.
En este tipo de instalaciones es preciso disponer de
arquetas de registro que consisten en pozos construidos
con ladrillo u hormigón normalmente y que son atravesados
por el tubo. Estos elementos disponen de tapas que pueden
ser retiradas para que los operarios realicen operaciones de
montaje,
empalmes,
derivaciones,
reposiciones
o
reparaciones.
Las arquetas se suelen colocar en los puntos donde se produzcan
cambios de dirección para facilitar el montaje, lo mismo que sucede en
tramos rectos donde se instalarán al menos cada 40 m.
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1.3.3 En Galerías
Las galerías constituyen largos pasillos subterráneos
que se ubican en el subsuelo de las ciudades. Tienen
la ventaja respecto a otros sistemas de instalación
subterránea la posibilidad de albergar distintas
instalaciones y sus posibles ampliaciones futuras, su
gran capacidad y la facilidad con la que se realiza el
mantenimiento y la reparación de averías. Por el
contrario, resultan mucho más gravosas desde el
punto de vista económico.
Existen dos tipos de galerías:
•
Galerías visitables: en las que se
prevé el tránsito de personal,
normalmente cualificado, para las
operaciones de mantenimiento y
reparación. Este hecho debe estar
previsto tanto en las dimensiones
como en sus condiciones de
seguridad y salubridad.
•
Galerías
registrables:
sus
dimensiones
no
permiten
la
circulación de personas aunque están
dotadas de tapas de registro
manipulables con medios mecánicos
para la realización de reparaciones y
reposiciones.
Las galerías se construyen con materiales de elevada
resistencia mecánica pues deben soportar tanto la carga
de tierras y pavimentos que hay sobre ellas como las
vibraciones
y
sobrecargas
ocasionadas por el tráfico.
El
RLAT
establece
las
condiciones que deben reunir
ambos tipos de galerías.
DID
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1.3.4 En Atarjeas o Canales Revisables
Las atarjeas consisten en pequeños canales que se construyen a ras del suelo. Se diferencian del
las galerías registrables en cuanto a sus dimensiones, mucho más reducidas, y en que las tapas
que protegen a los cables pueden ser retiradas manualmente, sin necesidad de herramientas
específicas. Esta forma de instalación de las líneas subterráneas de MT está limitada a zonas de
acceso restringido como puede ser en el interior de industrias o en centrales eléctricas,
subestaciones, etc.
1.3.5 En bandejas, soportes, palomillas o directamente sujetos a la pared
En algunos casos muy particulares como en subestaciones,
centrales eléctricas u otro tipo de instalaciones eléctricas y en
el interior de edificios de tipo industrial o comercial que se
acometan el alta tensión, siempre que el acceso al recorrido
esté restringido a personal autorizado, las líneas eléctricas de
distribución en alta tensión mediante cables aislados podrán
instalarse en bandejas, soportes, palomillas o directamente
sujetos a la pared. Esto abarata costes tanto de instalación
como de mantenimiento, localización de averías y reparación.
PROTECCIÓN CONTRA CONTACTOS
INDIRECTOS
• Todos los elementos metálicos se conectarán
En locales frecuentados por personal no
autorizado se podrá utilizar como sistema de
instalación las bandejas, tubos o canales, siempre
que la tapa pueda abrirse solo con útil. Las
bandejas deberán instalarse a una altura mínima
de 4 m.
a la red de tierras de la instalación.
• Las canalizaciones conductoras se conectarán
a tierra cada 10 m como máximo.
En esta forma de instalación, los cables están
debidamente señalizado y, si fuera preciso,
dispondrán de protecciones mecánicas.
Locales con personal NO autorizado:
• Bandejas con tapa que se abre con útil.
• Adosadas a pared a >4m de altura
1.3.6 En los Fondos Acuáticos
Se considera red subterránea y por tanto su cálculo se realiza
como tal, aquellas que discurren en fondos acuáticos como
mares, lagos, ríos, etc. Esta modalidad de instalación requiere
unas consideraciones de diseño específicas como el tener en
cuenta las mareas y corrientes a las que puede estar
sometido el cable, especialmente en la zona de transición, la
posibilidad de que el cable pueda ser afectado por algún
elemento de arrastre de las embarcaciones, etc.
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1.3.7 Conversiones aéreo-subterráneas
DID
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1.3.8 Puesta a Tierra de las Líneas Subterráneas
Las pantallas metálicas e los cables subterráneos deben conectarse a tierra al menos en un de sus
extremos, aunque es preferible que la conexión se realice por ambos lados. Sí solo se conectase
por una parte, debe comprobarse que las tensiones producidas por una falta a tierra o por
inducción no son peligrosas, es decir, no superan los valores dados en la ITC-LAT-07 en función
de la duración de la falta (Tabla 18 - Apartado 7.3.4.1.).
En el caso de galerías visitables, se dispondrá de una red de tierras única a lo largo de toda la
galería a la que se conectarán todos los elementos metálicos para la sujeción de los cables o
cualquier otro elemento metálico accesible al personal, además de las pantallas metálicas de los
cables.
1.3.9 Cruzamientos, proximidades y paralelismos
La interacción entre las líneas eléctricas
subterráneas de alta tensión y otros
servicios tales como canalizaciones de
agua, gas, otros conductores eléctricos,
carreteras, vías, etc. Deberá cumplir una
serie de condiciones que prevengan las
posibles situaciones de riesgo de
accidente que dicha interacción pudiera
producir.
Según el RD 1955/2000, de 1 de
diciembre, se prohíbe la plantación de
árboles o la construcción de edificios e
instalaciones industriales en la franja
definida por la zanja de una línea
subterránea directamente enterrada en el
terreno.
El reglamento permite la utilización de
“topos” o sistemas similares, para la
realización de cruce en las que no sea
posible o suponga un gran inconveniente la
apertura de zanja.
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En la siguiente tabla se resume las principales condiciones que indica el reglamento que se ha de
cumplir en cada una de las situaciones:
Cruzamientos
Calles y carreteras
• Canalizaciones entubadas y
hormigonadas.
• Profundidad >= 60 cm tubo superior.
• Cruce perpendicular al eje del vial.
Ferrocarriles
• Canalizaciones entubadas y
hormigonadas.
• Profundidad >= 110 cm tubo superior.
• Rebasarán 1,5 m por cada parte.
• Cruce perpendicular a la vía.
Cables de BT arriba.
Distancia >= 25 cm
Distancia de cruce a empalme >= 1m
Si distancia inferior, bajo tubo.
• Distancia >= 25 cm
• Si distancia inferior, elemento
divisorio.
Cables de
telecomunicaciones
• Distancia >= 20 cm
• Distancia de cruce a empalme >= 1m
• Si distancia inferior, bajo tubo.
• Distancia >= 20 cm
• Si distancia inferior, bajo tubo.
Conducción de
agua
• No cruces con las juntas de las
canalizaciones de agua.
• Distancia >= 2 cm
• Distancia de cruce a empalme >= 1m
• Si distancia inferior, bajo tubo.
• Distancia >= 20cm
• Distancia de junta de
canalización a empalme >= 1m
• Si distancia inferior, bajo tubo.
• Distancia mínimas según tabla 3
• Si distancia inferior, protección
suplementaria según tabla.
• Distancia mínimas según tabla 4
• Si distancia inferior, protección
suplementaria según tabla.
Otros cables de
energía eléctrica
Conducción de gas
DID
•
•
•
•
Proximidades y
Paralelismos
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1.4 Cálculo de la Sección del Conductor en Líneas Subterráneas
La selección de la sección del conductor de un cable de una línea subterránea de MT se realiza de
acuerdo con los siguientes criterios:
•
La tensión de la red y el régimen de explotación.
•
La intensidad que debe circular.
•
La caída de tensión que se produce.
•
La intensidad producida en un cortocircuito
El procedimiento de cálculo se sintetiza en el siguiente esquema:
Elección del
Nivel de Aislamiento
Cálculo por
Intensidad Admisible
Cálculo por
Caída de Tensión
Cálculo por
Intensidad de Cortocircuito
Elección de la
mayor de los tres criterios
1.4.1 Tensión de la Línea y Régimen de Explotación
Las redes subterráneas de MT pueden soportar una gran variedad de tensiones que van desde los
3 kV a los 400 kV. El valor de la tensión nominal de la línea condicionará el espesor del aislante
que se clasifican según los valores U0/U, pero además también dependerá del sistema de
protección a tierra existente. Así, para elegir el cable se partirán de los siguientes datos:
•
Tensión nominal de la red
•
Categoría de la red
Con esos datos se empleará la Tabla 2 de la ITC-LAT-06 y se determinarán los valores:
•
U0/U
•
Up (Valor de cresta de la tensión soportada a impulsos tipo rayo aplicada entre cada
conductor y la pantalla o la cubierta para el que se ha diseñado el cable o los accesorios.
Esta operación es previa a cualquier otro dimensionamiento de la sección del conductor.
1.4.2 Cálculo de la Sección por Intensidad Admisible
Dado que existe un límite de la temperatura de los aislamientos que no debe sobrepasarse sí se
quiere preservar sus propiedades dieléctricas, mecánicas o químicas a lo largo del tiempo y, dado
que la circulación de corriente eléctrica a través de los conductores produce un calentamiento del
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medio, el proyectista deberá calcular las intensidades máximas según la Norma UNE 21144 o
consultar la Norma UNE 20435 que se encuentren en vigor.
En su defecto, y solo para una tensión de aislamiento de 18/30 kV, existen tablas de Intensidades
Máximas Admisibles para distintos tipos de cables y sistemas de instalación recogidos en la ITCLAT-06. Estas son:
Sistema de
instalación
Directamente
enterrados
Enterrados
bajo tubo*
Al aire
Condiciones ambientales
Hasta tensión de aislamiento
de 18/30 kV: un cable tripolar o
terno de cables unipolares
enterrados toda su longitud a 1
m de profundidad, en un
terreno de resistividad térmica
de 1,5 K⋅m/W y temperatura del
terreno de 25 ºC. y una
temperatura ambiente de 40 ºC
Material
Tensión
de
Aislamient
o
aislamien
to
Tabla
ITC-LAT 06
Tabla 6
Cu/Al
18/30 kV
EPR/XLPE/
HEPR
Tabla 12
Tabla 13
* Para longitudes mayores de 15 m. Para longitudes inferiores se aplicará la tabla 6
Sí las condiciones fuesen diferentes (otra temperatura, presencia de otros cables, otra profundidad,
etc.) las tablas del reglamento no serían de aplicación tal y como se presentan. Puesto que sería
inmanejable disponer de tablas específicas para todas las combinaciones posibles, lo que se hace
es utilizar las tablas confeccionadas para las condiciones estándar y obtener la intensidad
admisible para una situación diferente aplicando un Factor de Corrección:
I 'Adm = I Adm ⋅ Fc
Donde:
I 'Adm →
Intensidad máxima admisible en las circunstancias actuales
I Adm →
Intensidad máxima admisible en las condiciones estándar
Fc
→
Factor de corrección para esa situación
Para distintas condiciones de las indicadas, el reglamento establece unos factores de corrección
que modifican las intensidades admisibles. Estos son:
DID
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Aplicados
sobre:
Factor de corrección
Tabla a
aplicar
Instalación
enterrados
Tablas 6 y 12
Temperatura del terreno distinta de 25 ºC
Resistividad térmica del terreno distinta de 1.5
K.m/W
Agrupación. Distancia entre ternos o cables
tripolares
Profundidad de instalación distinta a 1 m
Temperatura ambiente del aire distinta de 40 ºC
Agrupamiento de cables
Expuesto directamente al sol
Tabla 7
Tabla 8
Instalados al aire
Tabla 13
Tabla 10
Tabla 11
Tabla 14
Tablas 15 a 24
0,9
El primer paso en el cálculo de la sección por este criterio consiste en identificar la tabla de
aplicación. Una vez determinada, la sección mínima que se podrá escoger será aquella que cumpla
que:
I ADM ≥ I TRANS
donde:
IADM
→ Intensidad máxima admisible del conductor
ITRANS → Intensidad transportada por la línea
1.4.3 Cálculo de la Sección por Caída de Tensión
Al igual que en las líneas aéreas, en las redes subterráneas de MT existe un límite a la caída de
tensión que puede producirse a lo largo de su longitud. Ese valor deberá ser un dato proporcionado
por la compañía suministradora de energía y se expresará como un tanto por cien.
Como la separación entre conductores es muy pequeña con relación al diámetro, es posible
despreciar los efectos inductivos de la línea y su repercusión en la caída de tensión. Con ello,
existe una expresión aproximada de la sección por caída de tensión en una línea trifásica que es:
s=
P ⋅ L ⋅ ρθ
∆V ⋅ V
Donde:
P → Potencia activa de la línea en W
L → Longitud de la línea en m
ρθ → Resistividad del conductor a la máxima temperatura de servicio en Ω⋅mm2/m
∆V→ caída de tención absoluta producida en la línea
V → Tensión nominal de la línea en V
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Del valor obtenido con la fórmula se redondea a la sección normalizada superior.
Las máximas temperaturas de servicio dependen de los tipos aislamientos y sus valores son:
Condiciones
Tipo de Aislamiento
Para
Servicio
Permanente
Cortocircuito
s ≤ 300 mm2
70 ºC
160 ºC
S > 300 mm2
70 ºC
140 ºC
Polietileno Reticulado (XLPE)
90 ºC
250 ºC
Etileno Propileno (EPR)
90 ºC
250 ºC
U0/U ≤ 18/30 kV
105 ºC
250 ºC
U0/U > 18/30 kV
90 ºC
250 ºC
Hasta 12/20 kV
80 ºC
170 ºC
De 15/25 a 18/30 kV
80 ºC
150 ºC
26/45 kV
70 ºC
150 ºC
36/66 kV
65 ºC
150 ºC
Policloruro de Vinilo (PVC)
Etileno Propileno alto
módulo
(HEPR)
Papel impregnado en
aceite con mezcla no
migrante
determinar los valores de la resistividad a la máxima temperatura de servicio, partimos de los datos
de la siguiente tabla:
Material
α
(ºC-1)
ρ90
ρ105
ρ20
ρ65
ρ70
ρ80
2
2
2
2
2
Ω·mm /m) (Ω
Ω·mm2/m)
(Ω
Ω·mm /m) (Ω
Ω·mm /m) (Ω
Ω·mm /m) (Ω
Ω·mm /m) (Ω
Cu
0,00393
0,0172414
0,02029
0,02063
0,02131
0,02198
0,02300
Al
0,00403
0,0285714
0,03375
0,03433
0,03548
0,03663
0,03836
La resistividad a cualquier temperatura se puede estimar como:
ρθ = ρ 20 ºC ⋅ (1 + α ⋅ (θ − 20))
Donde:
ρθ → Resistividad del conductor a la temperatura θ en Ω⋅mm2/m
ρ20ºC → Resistividad del conductor a 20 ºC en Ω⋅mm2/m
α
θ
DID
→ Coeficiente de variación de la resistividad del material con la temperatura en ºC-1
→ Temperatura a la que se quiere determinar la resistividad en ºC
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1.4.3.1 Iteración
Al suponer que el cable está a su máxima temperatura de servicio cuando se determina la sección
por caída de tensión, se está haciendo una aproximación conservadora, es decir, por el lado de la
seguridad. En la mayoría de las ocasiones el cable estará trabajando a una temperatura inferior y
su valor máximo sólo lo alcanzará cuando circule la máxima intensidad admisible. En la mayoría de
las ocasiones, este hecho no tiene gran importancia porque la sección calculada se redondea a la
normalizada superior. Pero hay situaciones en las que esta aproximación conservadora nos puede
llevar a escoger una sección superior a la necesaria, que son cuando concurren las siguientes
circunstancias:
•
La sección obtenida por caída de tensión excede ligeramente un valor normalizado.
•
El criterio de caída de tensión prevalece por el criterio de intensidad admisible
En estos casos debe hacerse un cálculo iterativo para ver si resultaría válida la sección
normalizada que se está excediendo. El procedimiento de iteración es el siguiente:
1. Se determina la temperatura real del conductor
El cable trabajará a una temperatura inferior a la máxima de servicio que se determina mediante la
expresión:
 I
TR = 
 I max
2

 ⋅ (Tmax − T0 ) + T0

Donde:
TR → Temperatura real del conductor para la sección considerada en ºC
I
→ Intensidad que circula por el conductor en A
Imax → Intensidad máxima admisible de la sección del conductor considerada en A
Tmax → Temperatura máxima de servicio permanente del cable en ºC (65, 70, 80, 90 ó 105
ºC)
T0 → Temperatura ambiente de la instalación en ºC. Si se corresponde con condiciones
estándar:
• 25 ºC para instalación enterrada
• 40 ºC para instalación al aire
2. Se determina la resistividad del conductor a esa temperatura TR
La fórmula de aplicación es la de variación de la resistividad con la temperatura, ya vista
anteriormente.
ρ T = ρ 20 ºC ⋅ (1 + α ⋅ (TR − 20))
R
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3. Se calcula la sección por cdt con esa resistividad
Se trata de aplicar el valor determinado en el paso anterior a la fórmula de
P ⋅ L ⋅ ρ TR
cálculo de la sección por cdt:
s=
∆V ⋅ V
Si con esta iteración se obtiene un valor inferior a la sección normalizada considerada, dicha
sección cumplirá con el criterio reglamentario de caída de tensión. En caso contrario deberemos
emplear la sección normalizada superior.
1.4.4 Cálculo de la Sección por Intensidad de Cortocircuito
Los cables aislados deben tener dimensiones suficientes para soportar sin deteriorarse los
esfuerzos térmicos a los que queda sometido cuando se produce un cortocircuito accidental
durante el tiempo que transcurre hasta que actúa la protección. La capacidad de resistir
sobrecalentamientos breves depende de la sección y se puede calcular mediante la expresión:
I scc =
K ⋅s
t CC
Donde:
Iscc → Corriente de cortocircuito soportada por el conductor en A
s → Sección del conductor en mm2
K → Coeficiente dependiente del conductor y de las temperaturas inicial y final del
cortocircuito
Su valor corresponde a la densidad de corriente tabulada en las tablas 35 y 36 para
una duración del cortocircuito de 1 segundo.
tcc → duración del cortocircuito en segundos
Los valores de las densidades de corriente (A/mm2) de cortocircuito que pueden resistir los
conductores de los distintos tipos de cables aparecen tabulados en las tablas 25 y 26 del RLAT en
función de la duración del cortocircuito. Sí se quiere obtener el valor para duraciones diferentes se
aplica la fórmula anterior.
Para que una sección se haya escogido adecuadamente según este criterio se debe verificar que:
I scc ≥ I pcc
siendo Ipcc la intensidad de cortocircuito permanente que puede presentarse en ese punto de la red
eléctrica. Este valor depende de la configuración de las líneas aguas arriba de la instalación y de la
potencia de cortocircuito que es capaz de proporcionar el transformador o el alternador que la
alimenta. Como esto es una información que sólo maneja la compañía distribuidora, para realizar el
diseño deberá proporcionar el dato de la potencia de cortocircuito que puede producirse en el
punto de conexión, además del tiempo de actuación de las protecciones.
La Ipcc se puede calcular como:
Donde:
Ipcc → Corriente de cortocircuito permanente
Scc ⋅1000
que puede presentarse en ese punto en A
I pcc =
Scc → Potencia de cortocircuito en MVA
3⋅V
V → Tensión nominal de la línea en kV
DID
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