Libro Guía de mantto. a líneas subterránesas de baja, media y alta tensión PDF

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DIVISIÓN DE DISTRIBUCIÓN CENTRO SUR CLAVE MANTENIMIENTO A LÍNEAS SUBTERRÁNEAS DE BAJA, MEDIA Y ALTA TENSIÓN HOJA DE FORMALIZACIÓN CLAVE DEL ÁREA: SUBGERENCIA DE DISTRIBUCIÓN DG000 DÍA MES AÑO DEPARTAMENTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DIVISIONAL 21 01 08 ÁMBITO DE APLICACIÓN: Divisional AUTORIZACIÓN ...

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DIVISIÓN DE DISTRIBUCIÓN CENTRO SUR MANTENIMIENTO A LÍNEAS SUBTERRÁNEAS DE BAJA, MEDIA Y ALTA TENSIÓN

CLAVE

HOJA DE FORMALIZACIÓN CLAVE DEL ÁREA: DG000

SUBGERENCIA DE DISTRIBUCIÓN

DÍA

MES

AÑO

21

01

08

DEPARTAMENTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DIVISIONAL

ÁMBITO DE APLICACIÓN: Divisional AUTORIZACIÓN

Ing. José Antonio Lizárraga Arce Gerente Divisional

Ing. José Manuel Fuentes Díaz Subgerente de Distribución Divisional

REVISIÓN

Ing. Francisco Lorenzo Tapia Jefe Departamento de Mantenimiento Divisional

Ing. Carlos Manuel García Villalobos Jefe Departamento de Operación Divisional

VIGENCIA: El presente documento entra en vigor a partir de la fecha de su autorización OBSERVACIONES: Elaboración de Libro de Texto del Ateneo CRÉDITOS Ing. Carlos Manuel García Villalobos

Jefe Depto. de Operación. Divisional

Ing. José Adolfo Pineda Figueroa

Jefe Depto. Distribución. Zona Zihuatanejo

Ing. Alberto Martínez Hernández

Jefe de Oficina de Redes Subterráneas. Zona Acapulco 1

División Centro Sur

MANTENIMIENTO A LÍNEAS SUBTERRÁNEAS DE BAJA, MEDIA Y ALTA TENSIÓN

ENERO 2008

2

División Centro Sur

CONTENIDO TEMÁTICO

Página INTRODUCCIÓN

4

OBJETIVO GENERAL

5

UNIDAD 1

Sistemas de distribución

6

UNIDAD 2

Normas de distribución – construcción – líneas subterráneas

55

UNIDAD 3

Equipo eléctrico subterráneo

79

UNIDAD 4

Pruebas de puesta en servicio en líneas subterráneas

127

UNIDAD 5

Localización de fallas en líneas subterráneas en media y alta tensión

182

UNIDAD 6

Prácticas de campo

204

UNIDAD 7

Criterios y políticas para la elaboración de los programas de mantenimiento

262

3

División Centro Sur

INTRODUCCIÓN La presente guía se desarrolló para mantener criterios y políticas que contribuyan a la mejor elaboración, ejecución y seguimiento de las actividades del proceso de mantenimiento de líneas y redes de distribución subterránea en el ámbito de la División Centro Sur. La redes eléctricas son una serie de elementos que sirven para convertir y transportar la energía y desempeñan un papel importante en la industria y el crecimiento poblacional, razón a la que se tiene la necesidad de formar ingenieros de distribución para desarrollar e implementar programas de mantenimiento y solución de casos, con la finalidad de garantizar un sistema altamente confiable y considerando al mismo tiempo la protección de nuestra ecología. La temática de esta guía es infundir en el estudiante el entendimiento y confianza en un amplio campo de conceptos teóricos y prácticos que deben estar en la reserva de conocimientos de los estudiantes de ingeniería. Se generan los criterios de mantenimiento preventivo y correctivo a líneas subterráneas de baja, media y alta tensión, las fuentes de datos que orientan los trabajos de mantenimiento, el mecanismo y control estadístico de sistemas de distribución así como la contribución al medio ambiente en las actividades de construcción y mantenimiento, minimizando el impacto ambiental.

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División Centro Sur

OBJETIVO GENERAL El estudiante distinguirá los criterios y políticas de mantenimiento a líneas y redes de distribución subterránea mediante el procedimiento correspondiente, con el fin de contribuir a la elaboración y seguimiento de las actividades del proceso de mantenimiento.

5

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UNIDAD 1 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

OBJETIVO ESPECÍFICO: El estudiante identificará la clasificación en baja, media y alta tensión de los sistemas de distribución subterránea, con el fin de comparar las características de cada uno de ellos.

ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE: • Exposición por parte del profesor. (estrategia de recepción) • Discusión facilitadas por el profesor. (estrategia interpersonal) • Trabajo individual o grupal por parte de los estudiantes. (estrategia de proceso de grupo) • Discusiones entre los estudiantes. (estrategia de proceso de grupo)

ÍNDICE

Pág.

1.1

Introducción a la distribución subterránea

7

1.2

Materiales aislantes

27

1.3

Clasificación de los cables en baja, media y alta tensión

30

1.4

Seccionadores

37

1.5

Indicadores de falla

51

6

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1.1

INTRODUCCIÓN A LA DISTRIBUCIÓN SUBTERRÁNEA.

Los sistemas de distribución de energía eléctrica tienen en la actualidad gran relevancia, ya que la mayoría de las actividades de producción o servicio dependen de una fuente de energía eléctrica para que puedan realizarse, por eso, día a día es más importante para el país que las empresas que basan su funcionamiento en energéticos, sean más eficientes en su proceso. Además, existen clientes que demandan cargas mayores de energía eléctrica y mejor calidad del suministro. Las redes de distribución de energía eléctrica subterráneas presentan importantes ventajas técnicas comparadas con las instalaciones aéreas, lo cual hace que se usen preferentemente cuando se requiere tener INSTALACIONES SEGURAS (en unidades habitacionales), CON ALTA CONFIABILIDAD EN LA CONTINUIDAD DEL SERVICIO (hospitales, industrias y hoteles), PARA LA DISTRIBUCIÓN DE GRANDES VOLÚMENES DE ENERGÍA (industrias y hoteles), EN LUGARES CON ESPACIOS RESTRINGIDOS (centros históricos) Y CUANDO SE TRATA DE PRESERVAR LA BELLEZA ARQUITECTÓNICA DE ALGÚN LUGAR (centros históricos y fraccionamientos residenciales).

FIG. 1.1.1 CUADRO COMPARATIVO ENTRE TIPO DE INSTALACIONES DE DISTRIBUCIÓN

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FIG. 1.1.2 GRÁFICA COMPARATIVA DE COSTO A TRAVÉS DEL TIEMPO ENTRE LOS DIFERENTES TIPOS DE INSTALACIONES DE DISTRIBUCIÓN

Por tal motivo y como consecuencia del costo inicial de una red subterránea, los desarrolladores así como los clientes finales (usuarios de energía eléctrica) exigen excelentes parámetros de calidad y confiabilidad. Esta exigencia puede ser satisfecha con una red subterránea que esté bien construida y a la cual se le dé mantenimiento adecuadamente; es decir, que se construya atendiendo todas las disposiciones normativas de CFE, además de que en las Áreas de Distribución debe contarse con personal técnico preparado para operar y mantener este tipo de redes tomando en cuenta las características y las limitantes técnicas de los componentes de la red, así como las recomendaciones de los fabricantes de éstos. Antes de entrar a revisar los sistemas de distribución subterráneos es necesario que definamos lo que se entiende por sistema. Definimos como sistema a cualquier conjunto de cosas que, relacionadas entre sí ordenadamente, contribuyen a determinado objeto. Entonces, entendido de este modo, un sistema de distribución es el conjunto de elementos eléctricos, mecánicos y de obra civil que ordenadamente permiten transportar la energía eléctrica desde los puntos de entrega en los puntos de transformación (llamados subestaciones) hasta los puntos de suministro a los consumidores finales para su uso doméstico, comercial, industrial e inclusive turístico. Estas subestaciones pueden ser de distribución o de transmisión para el caso de las líneas subterráneas de alta tensión (69, 85 y 115 kV). Para el caso de esta guía se entenderá como red subterránea a cualquier Sistema de Distribución Subterránea en sus diferentes niveles de tensión (baja, 8

División Centro Sur

media y alta tensión). Esto se refiere tanto a los cables como a los accesorios, dispositivos y equipos que permiten transformar y conducir la energía eléctrica utilizando elementos que soportan estar instalados al nivel del suelo o por debajo de éste sin representar riesgos tanto para las personas en general, como para el personal técnico así como para los propios elementos de la red. Tomando en cuenta todo lo anterior, existen diversas formas de clasificar a los sistemas de distribución en general, lo cual también, en parte es aplicable a las redes subterráneas CLASIFICACIÓN DEL TIPO DE REDES DE DISTRIBUCIÓN Las redes de distribución se pueden clasificar por su: • • • •

tipo de instalación (aéreas, mixtas o subterráneas, etc.) configuración (radial, en anillo cerrado, en anillo abierto, etc.) nivel de voltaje (alta tensión, media tensión y baja tensión) tipo de servicio (urbano, rural, costa, express, etc.)

en todos estos casos, las redes de distribución tienen características propias que las hacen diferentes de las otras, por lo que se debe ubicar en cada región y en cada situación la red que es adecuada a las características de la misma.

FIG. 1.1.3 SISTEMA ELÉCTRICO DE GENERACIÓN-TRANSMISIÓN-DISTRIBUCIÓN

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En el caso específico de las redes subterráneas se tiene la siguiente: CLASIFICACIÓN DEL TIPO DE REDES SUBTERRÁNEAS Las redes subterráneas se pueden clasificar de varias formas: •

• •

POR SU CONFIGURACIÓN: o En anillo ̇ Con operación radial con una fuente de alimentación ̇ Con operación radial con dos fuentes de alimentación Ü Conectando las fuentes a un mismo equipo o accesorio de la red Ü Conectando las fuentes a diferentes equipos o accesorios de la red ̇ Con operación radial con tres fuentes de alimentación Ü Conectando las fuentes a un mismo equipo de o accesorio de la red Ü Conectando las fuentes a diferentes equipos o accesorios de la red ̇ Con alimentación selectiva (también llamado primario selectivo) o Radial POR SU TIPO DE SISTEMA o 200 ampers o 600 ampers POR SU TIPO DE INSTALACIÓN o Distribución Residencial Subterránea (DRS) o Distribución Comercial y Turística Subterránea (DCS) o Distribución Comercial y Turística que requiere confiabilidad (DCS) o Distribución Industrial (DIS) Una fuente alimentación

CONFIGURACIÓN

ANILLO

OPERACIÓN RADIAL

Dos fuentes alimentación Tres fuentes alimentación

A un mismo equipo A diferentes equipos A un mismo equipo A diferentes equipos

ALIMENTACIÓN SELECTIVA (PRIMARIO SELECTIVO)

CLASIFICACIÓN DE REDES SUBTERRÁNEAS

RADIAL SISTEMA

200 AMPERS 600 AMPERS DISTRIBUCIÓN RESIDENCIAL SUBTERRÁNEA (DRS)

TIPO DE INSTALACIÓN

DISTRIBUCIÓN COMERCIAL SUBTERRÁNEA (DCS) DISTRIBUCIÓN TURÍSTICA SUBTERRÁNEA (DTS) DISTRIBUCIÓN INDUSTRIAL SUBTERRÁNEA (DIS)

FIG. 1.1.4 CLASIFICACIÓN DE LAS REDES SUBTERRÁNEAS

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1.1.1.

REDES SUBTERRÁNEAS CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON UN FUENTE DE ALIMENTACIÓN.

Son aquellas redes que cuentan con más de una trayectoria para proporcionar el servicio de energía eléctrica y que cuenta con una sola fuente de alimentación. Operan con dos trayectorias radiales con un punto normalmente abierto en el centro de la carga.

FIG. 1.1.5 RED SUBTERRÁNEA CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

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1.1.2.

REDES SUBTERRÁNEAS CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON DOS FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES A UN MISMO EQUIPO O ACCESORIO DE LA RED.

Son aquellas redes que cuentan con dos trayectorias para proporcionar el servicio de energía eléctrica cuya configuración es en anillo y cuentan con dos fuentes de alimentación con operación radial con un punto normalmente abierto en el centro de la carga. En éstas, las dos fuentes de alimentación se conectan a un solo elemento de la red, que bien puede ser un equipo (seccionador, por ejemplo) o un accesorio (conectador múltiple, por ejemplo).

FIG. 1.1.6 RED SUBTERRÁNEA CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON DOS FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES A UN MISMO EQUIPO O ACCESORIO DE LA RED.

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1.1.3.

REDES SUBTERRÁNEAS CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON DOS FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES A DIFERENTES EQUIPOS O ACCESORIOS DE LA RED.

Son aquellas redes que cuentan con dos trayectorias para proporcionar el servicio de energía eléctrica cuya configuración es en anillo y cuentan con dos fuentes de alimentación con operación radial con un punto normalmente abierto en el centro de la carga. En éstas, las dos fuentes de alimentación se conectan a diferentes elementos de la red, que bien puede ser un equipo (seccionador, por ejemplo) o un accesorio (terminal de una transición, por ejemplo).

FIG. 1.1.7 RED SUBTERRÁNEA CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON DOS FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES A DIFERENTES EQUIPOS O ACCESORIOS DE LA RED.

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1.1.4.

REDES SUBTERRÁNEAS CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON TRES FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES AL MISMO EQUIPO O ACCESORIO DE LA RED.

Son aquellas redes que cuentan con dos trayectorias para proporcionar el servicio de energía eléctrica cuya configuración es en anillo y cuentan con tres fuentes de alimentación con operación radial con un punto normalmente abierto en el centro de la carga. En éstas, las tres fuentes de alimentación se conectan al mismo elemento de la red, que bien puede ser un equipo (seccionador, por ejemplo) o un accesorio (conectador múltiple, por ejemplo).

FIG. 1.1.8 RED SUBTERRÁNEA CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON TRES FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES AL MISMO EQUIPO O ACCESORIO DE LA RED

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División Centro Sur

1.1.5.

REDES SUBTERRÁNEAS CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON TRES FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES A DIFERENTES EQUIPOS O ACCESORIOS DE LA RED.

Son aquellas redes que cuentan con más de una trayectoria para proporcionar el servicio de energía eléctrica y cuentan con tres fuentes de alimentación con operación radial con un punto normalmente abierto en el centro de la carga. En éstas, las tres fuentes de alimentación se conectan a diferentes elementos de la red, que bien pueden ser un equipo (seccionador, por ejemplo) o un accesorio (terminales de una transición, por ejemplo).

FIG. 1.1.9 RED SUBTERRÁNEA CON CONFIGURACIÓN EN ANILLO CON OPERACIÓN RADIAL CON TRES FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONECTANDO LAS FUENTES A DIFERENTES EQUIPOS O ACCESORIOS DE LA RED

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1.1.6.

REDES SUBTERRÁNEAS CON ALIMENTACIÓN SELECTIVA.

Son aquellas redes con sistema en anillo (es decir, con más de una trayectoria para proporcionar el servicio de energía eléctrica) con operación radial con dos fuentes de alimentación que siguen la misma trayectoria, una de las cuales se considera como preferente y la otra emergente (también conocidas como alimentador primario y alimentador de respaldo, respectivamente) y que utiliza un seccionador con transferencia automática (coloquialmente conocido como transfer). A este tipo de configuración también se le conoce como Primario Selectivo.

FIG. 1.1.10 RED SUBTERRÁNEA CON ALIMENTACIÓN SELECTIVA (PRIMARIO SELECTIVO).

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1.1.7.

REDES SUBTERRÁNEAS CON CONFIGURACIÓN RADIAL.

Son aquellas redes que cuentan con una sola trayectoria para proporcionar el servicio de energía eléctrica. Este tipo de configuración se aplica únicamente en los circuitos de baja tensión; por el contrario, en los circuitos de media tensión el uso de esta configuración esta restringida. Se utiliza solamente en ramales monofásicos que cuenten con dos transformadores como máximo sin considerar la distancia de separación entre éstos.

FIG. 1.1.11 RED SUBTERRÁNEA CON CONFIGURACIÓN RADIAL EN MEDIA TENSIÓN

FIG. 1.1.12 RED SUBTERRÁNEA CON CONFIGURACIÓN RADIAL EN BAJA TENSIÓN.

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1.1.8

REDES SUBTERRÁNEAS CON SISTEMA DE 200 AMPERS.

Son aquellas redes en las cuales la corriente que circula continuamente en sus elementos en condiciones normales o de emergencia, no rebasa los 200 ampers. Este sistema se utiliza en anillos que se derivan de los circuitos troncales de media tensión subterráneos (13.2 kV, 23 kV y 34.5 kV). Estas redes de 200 ampers estarán siempre configuradas en anillo con operación radial con una o más fuentes de alimentación. En condiciones de operación normal el anillo de media tensión estará abierto aproximadamente al centro de la carga o en el punto dispuesto por el centro de control (en coordinación con el personal operativo del área). Con el objeto de tener mayor flexibilidad, se tendrá un medio de seccionalización en todos los transformadores y derivaciones del anillo. Estas redes deberán tener un neutro corrido (instalado desde la subestación de distribución) de cable de cobre desnudo semi-duro o de acero recocido con bajo contenido de carbono recubierto de cobre con calibre de acuerdo a los cálculos de cortocircuito siendo el mínimo permitido de 33.6 mm2, con conexiones de puesta a tierra en varios puntos (“multiaterrizado”). Las redes de 200 ampers, para cargas comerciales e industriales utilizan un sistema de 3F-4H, mientras que para cargas residenciales uno de 1F-2H. Asimismo, las conexiones de puesta a tierra de todos los elementos debe ser en forma sólida (o como se dice coloquialmente, sólidamente “aterrizados”).

FIG. 1.1.13 ACCESORIOS SUBTERRÁNEOS DE 200 AMPERS.

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1.1.9

REDES SUBTERRÁNEAS CON SISTEMA DE 600 AMPERS.

Son las redes en las que los elementos que las componen están diseñados para conducir una corriente en condiciones normales o de emergencia mayor a los 200 ampers. Este sistema se utiliza en circuitos troncales de media tensión (de 13.2 kV hasta 34.5 kV). Estas redes de 600 ampers pueden estar configuradas en anillo o con alimentación selectiva. En condiciones de operación normal, el anillo de las mismas estará abierto aproximadamente al centro de la carga o en el punto dispuesto por el centro de control (en coordinación con el personal operativo del área). Estas redes tienen un diseño con neutro corrido multiaterrizado, que al igual que las redes de 200 ampers, debe ser de cable de cobre desnudo semi-duro o de acero recocido con bajo contenido de carbono recubierto de cobre con calibre de acuerdo a los cálculos de cortocircuito siendo el mínimo permitido de 33.6 mm2. En estas redes de 600 ampers se utiliza un sistema 3F-4H únicamente; además, en este caso los cables de potencia deberán tener un nivel de aislamiento del 100% (al igual que en las redes de 200 ampers) a excepción de los cables utilizados en las transiciones aéreo-subterráneas utilizadas para circuitos aéreos; en este caso, los cables de potencia deberán tener un nivel de aislamiento del 133%.

FIG. 1.1.14 ACCESORIOS SUBTERRÁNEOS DE 600 AMPERS.

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1.1.10

DISTRIBUCIÓN RESIDENCIAL SUBTERRÁNEA (DRS)

Este tipo de redes subterráneas se distingue por ser la de menor costo inicial respecto al resto; por lo tanto, utiliza las configuraciones más sencillas para reducir costos. Se usa preferent...