Puesta a tierra de pantallas en cables aislados subterráneos de alta tensión

Como norma general,  desde el punto de vista de la seguridad de las personas, es conveniente la conexión a tierra de pantallas y armaduras de todas las fases en cada uno de los extremos y en puntos intermedios. Esto garantiza que no existan tensiones inducidas en las cubiertas metálicas.

Desde el punto de vista de la capacidad de carga del cable, las intensidades que circulan por el conductor generan flujos magnéticos que inducen, en las cubiertas metálicas, fuerzas electromotrices proporcionales a las corrientes que circulan por los conductores, a la longitud de las líneas y a la separación axial de los conductores. Estas fuerzas electromotrices no son importantes en los cables para redes con tensión menor de 30 kV.

Dependiendo de la longitud y carga a trasportar conviene introducir sistemas para reducir, e incluso suprimir las pérdidas. Sin embargo para cada instalación concreta debe estudiarse el valor de dichas tensiones, así como las correspondientes protecciones contra contactos, si se precisan.

Se puede hacer una extrapolación genérica en relación a la tensión inducida de 10 v por cada 1 m de línea.

Cuando se utilice el conductor de acompañamiento, este será siempre de igual sección que la sección de la pantalla del cable y de su misma naturaleza

Pantallas: Criterios generales

Tanto en el caso de pantallas de cables unipolares como de cables tripolares con pantalla única, resulta recomendable, en general, conectar las pantallas a tierra en ambos extremos.

En el caso de cables instalados en galería, se recomienda poner a tierra las pantallas metálicas de los cables al realizar cada uno de los empalmes y terminaciones. Sólo en aquellos casos en que se quiera transportar potencias muy importantes, será necesario estudiar la disminución de la carga admisible del cable debida a las corrientes en las pantallas, así como la posible reducción de dichas corrientes

Conexión de las pantallas de cables en celdas

La conexión incorrecta a tierra de las pantallas de los cables en celdas con aislamiento en SF6 da lugar a problemas de selectividad de protecciones.

En celdas hasta 30 kV, disponen de transformadores de intensidad de tipo toroidal y el cable de potencia de cada fase atraviesa el toroide correspondiente, por lo que las trenzas de las pantallas de los conectores separables deben retornar por el interior del toroide antes de su puesta a tierra de forma independiente. En algunas celdas el toroidal de neutro sensible está incorporado (aguas arriba del conector separable) en el interior de celda sin embargo en el caso de que este vaya fuera de la celda se pasaran las tres trenzas por este antes de su puesta a tierra (ver figura 1).

En celdas de mayor tensión los transformadores de intensidad se incorporan uno por fase en este caso la trenza de cada pantalla del conector separable, debe retornar por el interior su toroide para posteriormente se pasaran por le toroide de neutro sensible antes de su puesta a tierra de forma independiente (ver figura 1).

Asegurarse de que no se producen contactos accidentales de las trenzas de las pantallas con las partes metálicas de las celdas. En caso de que la trenza de la pantalla se quede corta o salga del compartimento de cables, debe prolongarse con cable aislado de Cu de al menos igual sección que la pantalla e ir sujeto con bridas al cable de potencia.

 

Las conexiones siempre deberán ser seguras, y se evitarán las uniones intermedias de los tres cables, siendo preferible conectarlos cada uno a tierra.

Figura 1.- Conexión de pantallas en celdas

Transposición de cables

En trayectos largos puede aparecer el efecto en el que las tensiones inducidas en los cables exteriores sean distintas en magnitud  a la del cable que discurre por el centro.  Para conseguir una mayor uniformidad de la inductancia de las fases es conveniente alterar a intervalos regulares la posición relativa de las distintas fases a la vez que realizamos la trasposición de pantallas (esto no es necesario en circuitos únicos dispuestos en triángulo), de esta manera cada fase ocupa las tres posiciones posibles a lo largo del recorrido.

Conexión de las pantallas metálicas en líneas subterráneas. 

Las pérdidas eléctricas en un circuito dependen de las corrientes que fluyen en la pantalla metálicas de los cables. Por lo tanto, al reducir o eliminar estas corrientes mediante diferentes métodos de conexión de la pantalla metálica es posible incrementar la capacidad de carga del circuito. Los métodos de conexión utilizados habitualmente son:

Sistemas de conexión rígida a tierra: Sistema solid bonding, pantallas conectadas a tierra en ambos extremos

En este tipo de conexión, las pantallas están conectadas directamente entre sí y a tierra para que, en todos los puntos de la línea, las tensiones entre sí respecto a tierra se mantengan próximas a cero. Las pantallas se conectarán entre sí y a tierra en los extremos de la línea subterránea, y, si fuese necesario, con el objeto de limitar las tensiones que podrían aparecer en las pantallas en caso de defecto de la línea, se conectarán entre sí las pantallas en otros puntos intermedios, e igualmente se podrán conectar a tierra.

Con la utilización de este sistema de puesta a tierra no se disponen medidas para evitar la circulación de corrientes por las pantallas en régimen permanente. Estas corrientes inducidas por los conductores, originan calor, con la consiguiente disminución de la capacidad de transporte.

Este sistema de puesta a tierra de las pantallas se utilizará únicamente en líneas subterráneas de muy corto recorrido y en los casos en que las pérdidas de potencia pueda ser asumible, aunque en la medida de lo posible.

Figura 2.- Esquema de conexión rígida a tierra (Solid Bonded):

 Sistemas de conexión especial a tierra: Sistema Single Bonding

Este tipo de conexión se utiliza en líneas de pequeña longitud, con uno o dos tramos como máximo, en las que se requiere el aprovechamiento al máximo de la intensidad admisible del conductor sin las limitaciones que provocan las corrientes de pantalla.

Dentro de este sistema se pueden distinguir dos variantes del tipo de conexión:

• Conexión Single-Point que se utiliza en tramos cortos y sin empalmes.
• Conexión Mid-Point, o doble Single-Point, que se utiliza para tramos más largos en los que el tendido de los conductores se realiza en dos tramos, y con un empalme en el punto medio del trazado, o en un solo tramo cuando se quiere rebajar la tensión inducida máxima en las pantallas.

Mediante estas conexiones se consigue eliminar las corrientes inducidas en las pantallas de los conductores, y las pérdidas por corrientes de Foucault se pueden considerar despreciables, maximizando así la capacidad de transporte de los mismos.

Estas conexiones se utilizarán siempre que la tensión inducida no supere el valor de 50 V y de esta forma salvaguardar la seguridad de las personas frente a  “Tensiones por contacto”, lo que limita la longitud del tramo de línea. Las tensiones inducidas en la pantalla se calculan con el cable a la máxima intensidad admisible.

En estos dos tipos de conexiones será necesario la instalación de:

• Un cable de continuidad de tierra conectado a tierra en ambos extremos, como unión equipotencial entre los diferentes electrodos de puesta a tierra, para reducir las tensiones inducidas en las pantallas en caso de cortocircuitos. Este conductor equipotencial se debe transponer para evitar corrientes de circulación y pérdidas de potencia, ya que está sujeto a inducción por parte de los cables de potencia, salvo que se transpongan los conductores de fase. De forma alternativa, se puede conseguir el mismo efecto si el conductor equipotencial se coloca en el centro de la disposición de conductores al tresbolillo. La sección del conductor equipotencial debe ser capaz de soportar la corriente de defecto a tierra prevista de la instalación.
• Limitadores de tensión entre las pantallas del conductor y tierra en los extremos de los cables no conectados rígidamente a tierra para descargar sobretensiones inducidas en las pantallas ante fenómenos transitorios, como por ejemplo sobretensiones atmosféricas o de maniobra, y que éstas no impliquen averías en la cubierta del cable. Las características de los limitadores de tensión se determinarán para cada proyecto simplificado, de manera que garanticen una protección eficaz y que se garantice que no actúan en cortocircuito.

Sistema Single-Point.

En este tipo de conexión, las pantallas están conectadas directamente a tierra en un extremo de la línea, conectando el otro extremo a tierra a través de descargadores. La tensión inducida en pantalla tendrá valor de 0 en el punto de conexión rígida a tierra, y se irá incrementando de forma proporcional a la longitud del circuito, a la intensidad que pase por el conductor y a la separación entre cables hasta alcanzar el valor máximo en el punto más alejado de la conexión a tierra.

Figura 3.- Detalle de conexión en un solo punto (Single-Point)

Sistema Mid-Point o doble Single-Point.

Cuando la longitud de la línea es demasiado larga para utilizar la conexión a tierra en un solo extremo, se puede realizar la conexión a tierra en un punto medio del circuito, así el cable conectado rígidamente a tierra en un punto medio de la línea y aislado de tierra mediante limitadores de tensión en cada extremo.

Para un mismo valor de tensión inducida en régimen permanente en el extremo de la pantalla no conectada a tierra, la disposición en Mid-Point permite cubrir el doble de longitud que la disposición Single-Point, motivo por el cual también se conoce como doble Single Point.

Esta conexión, el tramo se divide en dos secciones de igual longitud, y las pantallas de los conductores se conectan a tierra rígidamente en el punto medio, y los dos extremos de la línea se conectan a tierra a través de limitadores de tensión. Las pantallas de los conductores no tendrán continuidad en el punto medio entre las dos secciones. El cable equipotencial se debe transponer en la mitad del recorrido de cada sección para conseguir los efectos indicados anteriormente.

Figura 4.- Detalle de conexión en un solo punto (Mid-Point o doble Single-Point)

con un empalme por conductor.

Figura 5.- Detalle de conexión en un solo punto (Mid-Point, o doble Single-Point)

sin empalmes.

Sistema Cross Bobding, trasposición de pantallas

Se utilizará este sistema para líneas en las que su longitud implique la realización de al menos 2 empalmes por conductor, y dónde se quiera eliminar las corrientes de pantalla.

El sistema Cross-Bonding consiste en la distribución de las pantallas de cable en secciones elementales llamadas secciones menores, y cruzando las pantallas de tal manera que se neutralice la totalidad del voltaje inducido en 3 secciones consecutivas. Se interrumpirán las pantallas de cada conductor en los puntos de transposición para poder ejecutarla.

Las tres secciones menores juntas forman una sección mayor. En un sistema de cruzamiento de pantallas, el tramo de línea a considerar se divide en 3 longitudes iguales (así el sistema quedará eléctricamente equilibrado), con las pantallas puestas a tierra en los dos extremos de la línea conectada en Cross-Bonding o en los dos extremos de cada sección mayor.

De esta manera se induce una tensión entre la pantalla y tierra pero se eliminan las corrientes inducidas.

Las tres pantallas conectadas en serie están asociadas a conductores de diferentes fases, y cuando los cables están dispuestos al tresbolillo, sus intensidades, y por lo tanto las tensiones inducidas en las pantallas, tienen la misma longitud pero con un desplazamiento de 120 º. El resultado global es que la corriente inducida resultante en las tres pantallas son cero.

Este sistema de conexión tiene la ventaja frente al Sigle-Point que no requiere un cable de continuidad de tierra, ya que las pantallas forman un paso continuo desde un extremos a otro de la línea y están puestas a tierra en ambos extremos, de forma que ante una avería, la corriente de falta puede circular por ellas. Además, debido a la transposición de las pantallas, la tensión inducida en cables paralelos durante una falta es menor que en el caso de emplear cable paralelo de retorno por tierra.

Con esta conexión de pantallas se puede incrementar considerablemente la intensidad admisible del circuito, particularmente para conductores de sección muy grande. Este sistema se puede aplicar a longitudes grandes. No obstante, en los puntos dónde se conecten las pantallas y esta conexión sea accesible, las tensiones inducidas no podrán superar los 50 V. Las tensiones inducidas tanto en régimen permanente como en cortocircuito se calcularán en cada Proyecto Singular.

En los puntos dónde se realiza la transposición de pantallas se instalarán cajas de puesta a tierra provistas de limitadores de tensión, y en los puntos de puesta a tierra directa se instalarán cajas de puesta a tierra directa sin limitadores de tensión.

En instalaciones de grandes longitudes en las que resulte difícil conseguir que el número de tramos sea múltiplo de tres, se combinará el Cross-Bonding con uno o dos tramos finales en Single-Point.

Hay dos tipos de conexión Cross-Bonding cuando tenemos dos o más secciones mayores:

• Cross-Bonding seccionado. Cuando entre dos secciones mayores la conexión a tierra se realiza de forma directa, sin limitadores de tensión.
• Cross-Bonding continuo. Cuando entre dos secciones mayores la conexión a tierra se realiza por medio limitadores de tensión, conectándose directamente a tierra únicamente los extremos de la línea.

Figura 6: Esquema de conexión con el sistema Cross-Bonding formado

por una sola sección mayor

Figura 7: Esquema de conexión con el sistema Cross-Bonding seccionado

Figura  8: Esquema de conexión con el sistema Cross-Bonding continuo

Figura  9: Esquema de conexión con el sistema Cross-Bonding combinado con Single-Point

FUENTES:

IBERDROLA: MT 2.33.11 Edición 02 Fecha: Mayo 2010. Red subterránea  manipulación de bobinas, tendido y disposición de cables subterráneos hasta 66 kV.

EON Distribución: YE-LSAT.01Edición 1 Fecha: Noviembre 2013. Proyecto tipo de líneas de alta tensión subterráneas (>36 kV)

POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:

http://www.mediafire.com/file/aeum73sgdvx3na1/Puestas_a_tierra_de_cables_subterraneos_de_AT.pdf

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