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Contenido 3 Criterios para selección de ductos en sistemas

subterráneos de transmisión y distribución de energía.

EditorialProcables fue premiada por la Secretaría Distrital de Ambiente (SDA)

Lideres ambientales Procables.

Continuando con los esfuerzos de Procables para contribuir a la utilización eficiente de los recursos naturales y después de obtener el certificado del sistema ambiental ISO 14001 el pasado mes de septiembre de 2009, ahora Procables es nuevamente galardonada por este arduo trabajo a través del Programa de Excelencia Ambiental - PREAD de la SDA, que desde hace nueve (9) años premia a las mejores empresas por su desempeño y gestión con el medio ambiente.

La ceremonia celebrada el pasado 9 de diciembre de 2009 contó con la presencia del Alcalde Mayor Samuel Moreno Rojas, el Secretario de Ambiente Juan Antonio Nieto Escalante, la Directora Ejecutiva de ACOPI Regional Bogotá Clemencia Gómez, representantes de los principales gremios industriales y universidades de Bogotá y 350 empresarios, dentro de los cuales se encontraba representada Procables.

Este año participaron 48 organizaciones pertenecientes a variadas actividades económicas de las que Procables hacía parte y fue reconocida en la categoría de Excelencia Ambiental, Generando Desarrollo Sostenible con un puntaje de 745.6. Este reconocimiento se obtuvo después de la evaluación de la Secretaría Distrital de Ambiente a la gestión ambiental de Procables, verificando el uso racional de agua y energía, así como la reducción de vertimientos, emisiones y residuos, ubicándonos en una posición privilegiada dentro de un selecto y reducido grupo de empresas premiadas en esta categoría.

Adaptado de: http://www.secretariadeambiente.gov.co/sda/libreria/php/frame_detalle.php?h_id=1236

Infocables - 3

Criterios para selección de ductos en sistemas subterráneos de transmisión y distribución de energía.

En este artículo vamos a tratar las diferentes varia-bles a tener en cuenta para seleccionar el tipo de ducto adecuado desde el punto de vista técnico, práctico, ambiental y económico para los sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica.

Procables ofrece bajo pedido especial las siguien-tes referencias de cables para instalación en ductos con base en el diseño elegido:Cables monopolares, cables triplex (3 fases trenza-das entre sí sin chaqueta), multipolares (varios con-ductores aislados y trenzados bajo una chaqueta final) en baja y media tensión.

En primer lugar se debe determinar el diámetro del ducto; luego tener en cuenta los coeficientes de fricción para el tendido y halado del cable según el tipo de material tanto del ducto como de la chaqueta del cable. Después de los dos pasos anteriores se debe considerar la resistividad térmica del material para tener en cuenta la capacidad de transporte de corriente y los efectos de la capacidad de carga del conductor. El cuarto paso consiste en algunos as-pectos de instalación, tipo de ductos y consideracio-nes ambientales.

Factor de atoramiento: jammingCuando se está instalando en ductos dos o más cables, éstos se pueden atorar o trenzar dentro del ducto al momento de la tendida y halada, afectando mecánicamente al cable por rozamiento entre ellos y contra la pared interna del ducto.

J=D/d, donde “D” es el diámetro interno del ducto y

“d” es el diámetro del cable. Cuando “J” es cercano a 3,0, uno de los cables puede deslizarse sobre los otros dos al momento de halado ocurriendo el ato-ramiento siendo crítico en las curvas ya sea que los cables se trencen o se coloquen paralelos. El factor de atoramiento no presenta muchos problemas en tramos rectos. Cuando los tres cables vienen trenza-dos de fábrica, mantienen su configuración triangular y esto hace que no ocurra el atascamiento.

El atoramiento también puede ocurrir tanto en hala-das de un cable o más si el diámetro de la cuerda de halado es mayor que el del cable. Es muy importante conocer la posición relativa de los tres cables dentro el ducto debido a la distribución del peso de los ca-bles, con lo cual se puede prever el atascamiento, tal como lo determina la siguiente tabla guía:

Tabla 1 Probabilidad de atascamiento de acuerdo con J

< 2,3 Muy pequeño Cables disposición triangular

2,3 – 2,6 Pequeño Cables tienden a disposición triangular

2,6 – 2,8 Moderado Cables en disposición triangular o cuna

2,8 – 3,0 Significante Cables disposición cuna

3,0 – 3,1 Moderado Cables tienden a disposición cuna

3,1 – 3,2 Pequeño Cables tienden a disposición cuna

Mayor a 3,2 Muy pequeño Cables tienden a disposición triangular

por: Dario Muñoz R, Ing. Electricista

4 - Infocables

Figura Factor de corrección de peso (c)

NOTA 1 - La curva “A” es para disposición cuna.NOTA 2 - La curva “B” es para disposición cuna.NOTA 3 - La curva “B” usualmente se une a la curva “A” en el punto señalado.NOTA 4 - La curva punteada muestra donde ambas dispo-siciones pueden existir.

Espaciamiento del cable (cable clearance)

Para sistemas subterráneos, se deben tener en cuen-ta las canalizaciones por su grandes longitudes y la tensión de halado. Es importante conocer el espa-ciamiento y ubicación de los cables dentro del ducto para asegurar que físicamente el ducto si está dise-ñado para los calibres instalados. La disposición de los cables generalmente queda como se indican en las siguientes figuras:

Figura 1: un sólo cable. Figura 2: tres cables disposición cuna o V.Figura 3: cables posición triangular.

El espaciamiento se toma como la distancia entre el diámetro externo del cable “d” superior y el diámetro interno del ducto “D”. Un valor de 12,7 mm es el valor mínimo recomendado aunque 8,35 mm es aceptable para tramos rectos. También esa distancia se debe tener en cuenta en los accesorios para la tendida y halada de los cables, con el fin de no tener proble-mas en su montaje. Esta distancia no tiene ninguna relación con el factor de ocupación del NEC o capa-cidad de transporte de corriente o de otras normas y regulaciones; es solamente para el tendido y hala-do del cable. A continuación se indican las fórmulas para su cálculo:

Tabla 2. Fórmulas del espaciamiento.

Configuración Distancia separación clearance “C”

Un solo cable C=D-d

Tres cables posición

triangularC=0,5D-1,366d´+0,5(D-d´) √1-(d´/D-d)2

Cuatro cables posición rombo

C=(D-d)-2d2/(D-d)

Nota: De acuerdo con la variación de las posiciones del cable, las dimensiones del ducto y la ovalidad del ducto en las curvas, el diámetro del cable se ha incre-mentado en un 5%, es decir d =́1,05d.

Coeficiente de fricción.

El coeficiente de fricción es un aspecto importante para tener en cuenta en los cálculos de halado y se debe tener cuidado para determinarlo; en la medida que sea posible también desde aguas arriba, para seleccionar el tipo de ducto y material de la chaque-ta. Existen dos tipos de coeficiente de fricción: el es-tático y el dinámico. El coeficiente de fricción estático determina la fuerza requerida para comenzar el movi-miento del cable; es más grande que el dinámico. El coeficiente de fricción dinámico es el que determina la fuerza requerida para el cable en movimiento y es el que se utiliza para el cálculo de halado.

3.2

3.0

2.8

2.6

2.4

2.21.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

62.0

52.1

44.4

38.3

33.3

29.3

A

A

CUNA TRIANGULAR

DISPOSICIÓNCUNA

DISPOSICIÓNTRIANGULAR

PO

RC

EN

TAJE

DE

LLE

NA

DO

FACTOR DE CORRECCIÓN DE PESO (c)

DIÁ

ME

TRO

DE

L D

UC

TO/D

IÁM

ETR

O D

EL

CA

BLE

(D

/d)

B

B

fig. 1 fig. 2 fig. 3

Infocables - 5

Tabla 3.Coeficientes de fricción dinámica para halado en tramos rectos y curvos con SWBP*menor a 150 lb/pies recomendados con lubricantes a base de agua y jabón.

* Presión lateral en tramos curvos SWBP. SWBP SIDEWALL BEARING PRESSURE. Es la fuerza radial por unidad de longitud ejercida sobre un cable que está siendo halado alrededor de una curva. Este factor es importante para seleccionar las diferentes curvas que ofrecen los fabricantes de ductos. Cuando se tiene altas tensiones de halado y varias curvas es importante diseñar el ducto con mayor diámetro y tipos de materiales de chaquetas y ductos. Teniendo en cuenta esto algunos materiales de los ductos se desgastan más que en otros tales como el PVC, polietileno y fibra bituminosa con respecto a los ductos de resina reforzada con fibra de vidrio, acero y tránsito.

Material del ducto Cubierta o chaqueta Un cable por ducto a 24 °C

Un cable por ducto a -29 °C

Tres cables por ducto a 24 °C

PVC XLPE 0,40 0,40 0,60

PE 0,40 0,35 0,45

PVC 0,50 0,25 0,60

N 0,90 0,55 1,50

NC 0,40 0,40 --

Pb 0,25 0,25 --

PE XLPE 0,45 0,35 0,55

PE 0,25 0,20 0,85

PVC 0,30 0,20 0,45

N 0,65 0,45 --

NC 0,20 0,20 --

Pb 0,20 0,25 --

FIBRA XLPE 0,30 0,20 0,65

PE 0,25 0,35 0,60

PVC 0,40 0,20 0,45

N 0,40 0,30 0,55

NC 0,40 0,35 --

Pb ---- --- --

CONCRETO XLPE 0,30 --- --

PE 0,35 --- --

PVC 0,55 --- --

N 0,50 --- --

NC --- --- --

Pb 0,55 --- --

TRÁNSITO XLPE 0,70 --- 0,70

PE 0,70 0,35 --

PVC 0,70 0,35 0,70

N 1,00 0,95 1,80

NC -- -- --

Pb -- -- --

ACERO XLPE -- 0,45 0,65

PE 0,60 0,50 --

PVC 0,50 0,40 --

N 0,65 0,70 1,75

NC 1,05 0,50 --

Pb 0,50 -- --

6 - Infocables

Esta tabla 3 no contempla el ducto de resina refor-zado con fibra de vidrio dado que cuando se realizó el estudio de la EPRI EL-3333(3) que es la base de la norma AEIC CG5, los fabricantes de Norte América de ductos de resina de fibra de vidrio no habían rea-lizado ensayos de coeficientes de fricción estáticos y dinámicos.

El coeficiente de fricción dinámico es el que se utiliza para el cálculo de halado. El coeficiente de fricción es función de los materiales que están en contacto y del lubricante que se utilice. El coeficiente de fricción dinámico para uno y tres cables fue medido experi-mentalmente en la investigación de la EPRI. En este estudio también se encontró que entre el cable y el ducto se halla una fuerza normal y que afecta el coefi-ciente de fricción dinámico en lo ductos lubricados.

Tabla 4. Coeficientes de fricción dinámica K para 1 y 3 cables halados en tramos curvos con SWBP ma-yor a 150 lb/pies y lubricantes a base de agua y jabón

Material chaqueta exterior Material del ducto K

XLPE,PE, N PVC, PE, concreto 0,15

PVC PVC, PE, concreto 0,30

XLPE,PE, N Acero 0,25

PVC Acero 0,30

Pb Acero 0,30

En la anterior tabla no se estudió el ducto reforzado con fibra de vidrio. La información corresponderá a

los valores suministrados por los fabricantes de és-tos.

Tabla 5. Coeficientes de fricción dinámico para el ducto de resina reforzado en fibra de vidrio.

Material chaqueta cable

Valor coeficiente fricción

Norma de ensayo

XLPE 0,233 +/-0,02 CSA B196.1

PVC 0,385 +/-0,06 CSA B196.1

Neutro concéntrico 0,160 +/- 0,03 CSA B196.1

Cable Armado 0,161+/- 0,03 CSA B196.1

Resistividad Térmica

Este aspecto se debe considerar para seleccionar el ducto de acuerdo con los criterios de capacidad de transporte de corriente con el número de conductores. Esto es uno de los muchos aspectos de la ciencia de capacidad de transporte de corriente. Dentro esos cálculos complejos existe para el ducto la resistencia térmica a través de las paredes del ducto según la siguiente fórmula:

Do: diámetro exterior del ducto en mmDd: diámetro interno del ducto en mmρT: resistividad térmica del material del ducto

La siguiente información de coeficiente estático de fricción es para ductos secos y cables sin lubricante a una temperatura de 22 °C:

Material del cable

Material del ducto

Ducto de fibra de vidrio Epoxy Ducto de PVC Ducto de acero Ducto de

aluminioDucto de concreto

Ducto de polietileno

PVC .38 .90 .55 .25 .95 1.90

XLP .23 .90 .75 1.50 .75 2.00

PE de baja densidad .25 .50 .50 .62 .60 1.70

Neopreno .53 2.60 1.60 .26 1.35 3.30

Neutro concéntrico .16

Cable armado .16 2.60 1.60 .26 1.35 3.30

T4˝=1

= ρT In ( Do )2π Dd

Infocables - 7

Las normas IEC- 60287-2-1 establecen unos valores y fórmulas. La tabla 1 de la norma establece estos valores:

Tabla resistividades térmicas del material del ducto (ρT)

Concreto 1,8

Fibra 4,0

Asbesto 2,0

Arcilla 1,2

PVC 6,0

PE 3,5

Esta tabla no contempla los ductos de doble pared de polietileno de alta densidad (HDPE) ni de resina reforzado en fibra de vidrio. En Inglaterra, para los cálculos de capacidad de transporte de corriente a los ductos de doble pared los penalizaban con un 10% con respecto a uno de PE en la fórmula de re-sistencia térmica, pero en un estudio (ver bibliografía 3) se realizaron ensayos en laboratorios con cálculos de la IEC y concluyeron que la disipación térmica es similar.

Tabla 6. Valores de constantes U, V y Y

Condiciones de instalación U V Y

En ducto metálico 5,2 1,4 0,011En ducto de fibra al aire 5,2 0,83 0,006En ducto de fibra en concreto 5,2 0,91 0,010En cemento de asbesto

Ducto al aire 5,2 1,2 0,006Ducto en concreto 5,2 1,1 0,011

Cable de presión de gas en tubo 0,95 0,46 0,0021Cable de presión de combustible en tubo

0,26 0,0 0,0026

Ductos plásticos Bajo consideraciónDuctos de cerámica 1,87 0,28 0,0036

Reglamentaciones y normas de productos.

El RETIE en su artículo 34.2 establece lo siguiente:

Conductores subterráneos: Los siguientes requisitos que se aplicarán para el tendido de cables subterrá-neos fueron adaptados de la Reglamentación para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmuebles de la Asociación Electrotécnica Argentina:

a) Las canalizaciones o ductos deben ser de ma-terial sintético, metálico u otros, que reúnan las siguientes condiciones:

• No higroscópicos.• Un grado de protección adecuado al uso.

b) Se acepta el uso de tubos corrugados de PVC de doble pared (tipo TDP) o de polietileno alta densidad para la protección mecánica térmica de cables de redes de media y baja tensión.

h) Los ductos se colocarán con pendiente mínima del 0,1% hacia las cámaras de inspección, en una zanja de profundidad suficiente que permita un recubrimiento mínimo de 0,7 m de relleno sobre el ducto.

La norma ANSI/IEEE C2, en su numeral 322 esta-blece varios requisitos siendo los principales los siguientes:

• Que los ductos deben ser resistentes a la corro-sión y deben ser ambientales.

• El material del ducto o un banco de ductos debe(n) estar diseñado(s) para que una falla del cable en un ducto no lo(s) dañe ni el banco de ductos ni lo cables en los ductos adyacentes.

• El ducto debe ser adecuado para uso de empotra-do en concreto con relleno térmico, para la tendida y halada del cable.

• El ducto para paso de puentes, es decir no em-potrado, en estructuras colgantes debe absorber la expansión y contracción del puente, debe ser instalado de tal manera que evite o resista cual-quier esfuerzo de cizalladura producido por los movimientos del puente y si la estructura de apoyo es metálica ésta deber ser aterrizada.

• Las uniones, las campanas de llegada a las cáma-ras y la pared interna del ducto deben ser libres de rebabas, superficies lisas y uniformes que no afectan la tendida y halada del cable.

• El banco de ductos debe resistir fuerzas externas a las que pueden estar sujetos como la carga de impacto que puede ser reducido a la tercera parte por cada 300 mm de cubrimiento. En general debe resistir cargas verticales y horizontales tales como carga muerta, carga viva, carga de impacto, carga combinada y cargas de estructuras adyacentes.

• Cuando el vehículo no está sujeto a carga vehicu-lar el diseño de carga viva no debe ser menor a 14,5 kPa (300 lb/pies2). Para cargas de impactos, ésta se toma como un 30% de la carga viva.

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Cuando la canalización está sujeta a vías de alto tráfico se debe tener en cuenta lo establecido en la figura 323-1 del NESC

Figura 323-1

V= distancia variable, 4,3 m a 9,0 m inclusive. La distancia usada es la que resulta de las cargas verticales y de la estructura lateral que pro-ducen máxima cizalladura y momentos de doblado en la estructura.

Figura 323-2 Área de carga de las ruedas

Tipo de ductos y normas de fabricación

Material NEMA ASTM UL

PVCTC-6,TC-8, TC-9,TC-18, TC-19

D1784,D1785,D2464,

UL-651,651A,

PE TC-19 D2672 1653,1660

HDPE

TC-19 D2104,D2105, D2239, D2447

Resina fibra de vidrio-RTR

TC-14 D3350 UL-651A,651B

Acero D2996 UL 1684, 1684A

Fibrabituminosa

UL-1, UL-6, UL-360, UL-797, UL1242UL-543

Normas guías de instalación de ductos.

Material NEMA

PVC TC-B3

PE TC-B3

HDPE TC-7,

Resina fibra de vidrio-RTR

Acero FB 2.10, RV-3

Bibliografía.

1. AEIC CG5 2005 AEIC Underground extruded power cable pulling guide.

2. Cable Installation Manual, Publication PC-7600-Anaconda-Ericsson, Inc., Wire and Cable Division, Greenwich Office Park, Greenwich, CT. 06830.

3. ”A Comparison of the heat dissipation performance of twin wall HDPE and earthenware cable ducts”. Andrew Harbidge, Chris Rogers; Ian Jefferson, Mark Coates , IEEE/PES Transmission and Distribution 1996 Los An-geles California.

4. ANSI/IEEE C2 National electrical safety code.

35.6

kN

(80

00 lb

)

4.3 m(14 ft) 1.80 m

(6 ft)

V

142.

3 kN

(32

.000

lb)

142.

3 kN

(32

.000

lb)

71.2

kN

(16

.000

lb)

71.2

kN

(16

.000

lb)

600 mm(24 in)

250 mm(10 in)

71.2 kN (16.000 lb)

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• Apague la televisión, radio, lámparas y computadora de la fuente cuando no estén en uso.• Cocine con gas en lugar de electricidad.• Tape las ollas al cocinar; esto reduce un 25% de energía.• Modere el uso de la calefacción y el aire acondicionado.• No guarde alimentos calientes en su nevera; esto consume más energía

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