En la actualidad en el país, el uso de líneas de transmisión de tipo subterráneo todavía no tiene el debido desarrollo. El aumento de temperatura debido.

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1 En la actualidad en el país, el uso de líneas de transmisión de tipo subterráneo todavía no tiene el debido desarrollo. El aumento de temperatura debido al calentamiento global obligará a los países en vías de desarrollo a aumentar su capacidad de generación de Energía Eléctrica en rangos de 5 a 10 GW debido al consumo eléctrico de los sistemas de aire acondicionado, lo que ha dará como resultado que se incrementen las cargas máximas de energía por las elevadas temperaturas en el medio ambiente. Este aumento crecerá a medida que el petróleo y el gas natural sean más escasos. INTRODUCCION

2 Hoy en día los circuitos subterráneos se usan principalmente en distancias cortas, tanto en áreas urbanas como suburbanas, para requerimientos especiales como son cruzamientos de agua, aeropuertos y bajo las autopistas. En países desarrollados de Europa tales como Inglaterra, Francia y otros se han instalado una relativa gran cantidad de instalaciones ocultas, existen anillos subterráneos alrededor de las ciudades más grandes en los que se tienen líneas de transmisión de altos voltajes, de donde se alimentan los cables de bajo voltaje que entran en la ciudad (por ejemplo 66 kv en Londres).

3 JUSTIFICACION En el Perú el uso de líneas subterráneas será una opción para instalar redes de transmisión eléctrica, conforme el tiempo avanza nuestro país se va a desarrollar, por lo que tiende a incrementar la demanda de energía eléctrica, por el mayor número de consumidores, nuevas fabricas o industrias. Habrá mas problemas para transmitir energía eléctrica a través de grandes áreas urbanizadas, debido a la pérdida progresiva de espacio por la expansión de las ciudades y el crecimiento de la población, esto ocurrirá tanto para los circuitos cableados como para las instalaciones de agua y gas.

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5 ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE CABLES AISLADOS DE LA LINEA DE TRANSMISIÓN 220 kV CARTAGENA-BOLIVAR 2 El trabajo presenta el modelamiento de una línea de transmisión de 220 kV compuesta por un tramo subterráneo de 4 km y un tramo aéreo de 16 km, la cual hace parte de la expansión del sistema de transmisión colombiano. La metodología aplicada modela los parámetros eléctricos en líneas de alta tensión compuestas por tramos subterráneos y aéreos, el resultado del análisis de las inducciones generadas en las pantallas del cable subterráneo y su impacto en el sistema, para ello se modela en ATP/EMTP diferentes condiciones como la incidencia de una descarga atmosférica en el tramo aéreo, las sobretensiones generadas en el cable subterráneo y los transitorios generados durante las maniobras o recierres de la línea de transmisión.

6 Este artículo presenta el análisis de condiciones particulares en la segunda línea Cartagena-Bolívar 220 kV, adjudicada a la Empresa de Energía de Bogotá S.A. E.S.P y proyectada para entrar en operación en el año 2017 [2], luego de ser adoptado en el Plan de Expansión de Referencia Generación y Transmisión 2012 [3], donde se define la construcción de una segunda línea entre las Subestaciones Cartagena y Bolívar basándose en un escenario de crecimiento de la demanda y una condición de contingencia en la línea existente que llegaría a comprometer uno de los enlaces entre las subestaciones el Bosque y Bolívar a partir del año 2018, como se muestra en la Figura 1 INTRODUCCION

7 Figura 2 Esquemático de la segunda línea Cartagena-Bolívar objeto de estudio en este artículo

8 Figura 1 Segunda línea de transmisión Cartagena-Bolívar 220 kV propuesto dentro del plan de expansión 2012-2025 por la UPME

9 La segunda línea Cartagena-Bolívar 220 kV objeto de estudio en este artículo, tendrá una longitud total de 19,78 km en circuito sencillo y debido a las particularidades que presenta el recorrido estará compuesta por un tramo aéreo de 15,78 km y uno subterráneo de 4 km como se muestra en la Fig2. Para llevar a cabo el análisis objeto de este trabajo, es necesario calcular los parámetros de la línea de transmisión aérea y subterránea en función de la frecuencia, de manera que su representación sea acorde con el tipo de evento a evaluar, para lo que se utiliza ATP-EMTP como herramienta de simulación numérica, la cual permite representar los elementos de interés en este artículo a través de las rutinas Line Constants y Cable Constants [4].

10 1 4 2 6 3 7 5 98 Tabla 5 Características del cable subterráneo

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12 Estructura Transición DPS Empalmes

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14 3.3.Cálculo de parámetros de la línea Subterránea Con las características del cable, su disposición y la definición del sistema de puestas a tierra (SPT), es posible calcular los parámetros eléctricos a través de un modelo de la línea subterránea en ATP-EMTP. Este proceso se divide en tres etapas: 1.Datos de entrada de la disposición física de los cables y materiales (permitividad, permeabilidad y resistividad) 2.Selección de un modelo para análisis 3.Selección de una rutina de cálculo En el primer paso se modelaron 6 elementos LCC, de acuerdo con la disposición representada en la Figura 7. Cada elemento LCC contiene el arreglo geométrico y las características del cable, el cual para el ATP, está compuesto de tres capas básicas (núcleo, pantalla y chaqueta). La resistividad (ρ) y la permeabilidad magnética (μ) son datos del Aluminio, mientras que el aislamiento está caracterizado por el espesor entre cada capa conductora y el valor de permitividad relativaFigura 7. (ε). Sin embargo, el aislamiento XLPE posee una capa semiconductora interna y externa y la corrección de la permitividad está dada por la ecuación 1:

15 DPS Donde: : Permitividad relativa del XLPE 1 y 2: radio interno y externo del aislamiento incluyendo la capa semiconductora y : radio interno y externo de la capa semiconductora Por otro lado, dado que se considera la pantalla de hilos de aluminio como una sección tubular es necesario realizar una corrección del radio externo basándose en la ecuación 2: Donde: : Área de la pantalla de hilos de aluminio 2: Radio interno de la capa de hilos de aluminio Los datos de entrada para el cable y la disposición en ATP se muestran en la Figura

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18 1.Resistencia DC a 20 °C para un conductor de hilos de aluminio de 2000 mm² de acuerdo con IEC 60228 [8] 0.0149 Ω/km. 2.Corrección por temperatura máxima de operación 90°C con = 4 ∗ 10−3 1/: 90 = 20(1 + (90° − 20°)) = 0.019Ω ⁄ (3) 3. Resistencia AC a temperatura máxima de operación 90 °C considerando factor de efecto piel y factor de proximidad : 90 = 90(1 + + ) = 0.0195Ω ⁄ (4) 4. Inductancia y reactancia del cable dispuesto en el arreglo de tubería: = + 0.2ln( 2 ) = 0.54493 ⁄ (5) =2 1000 = 0.20544 Ω ⁄ (6) 5. Capacitancia del cable: = 18ln( ⁄ ) = 0.2216 ⁄ (7) A través de la selección del modelo PI para el cálculo de parámetros y la rutina “cable parameters” se obtienen los resultados de las impedancias propias del cable a través de la herramienta Line Check de ATP los cuales se presentan en la Tabla 7, de donde es posible verificar que los valores resultantes están dentro de lo esperado.

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20 afectan los parámetros de impedancia de secuencia cero. Para llevar a cabo el cálculo de impedancias de secuencia en ATP existen dos subrutinas “Cable Constants” (CC) [9] y “Cable Parameters” (CP) [10] ambas desarrolladas por Ametani y se diferencian en el tipo de datos de entrada, mientras que para “Cable Constants” se define el “cross- bonding” internamente con el número de secciones y la resistencia de puesta a tierra para cada una, la rutina “Cable Parameters” hace esta distinción de forma externa al manipular las pantallas desde ATP en forma circuital. En esta simulación se ha trabajado con la rutina “Cable Parameters” dado que todas las conexiones de las pantallas se construyen por fuera del modelo LCC. La Tabla 8 resume las impedancias de secuencia determinadas por la herramienta “Line Check” a partir de los datos ingresados en ATP y el diagrama de circuito externo que realiza la conexión entre la pantalla de hilos de aluminio y la chaqueta, así como la transposición de las pantallas.

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