HALADO DE CABLES AISLADOS::
La predicción exacta de la tensión de tracción del cable es esencial para el diseño adecuado de los sistemas de cable. Este conocimiento permite evitar las prácticas de diseño infravaloradas y / o conservadoras para lograr ahorros de capital sustanciales durante la construcción. Se realiza un método de cálculo punto por punto en cada curva de conducción y punto de tracción. Tanto las tensiones de tracción hacia delante como hacia atrás se calculan para determinar la dirección de tracción preferida.
Se debe tener en cuenta los siguientes puntos:
- Asegurar que haya suficiente espacio entre el tubo y el cable o sea la distancia que queda entre el cable mas alto y la parte superior interna del tubo.
- Prevenir el ATASCAMIENTO de los cables; esto ocurre cuando los cables de cruzan en las curvas o se giran a lo largo del tubo.
- La cubierta está sometida a una abrasión constante en el proceso de halado, por lo que se puede reducir la fricción por medio de un lubricante. Este lubricante debe estar aprobado (listado UL, por ejemplo) para su uso de acuerdo con el tipo de aislante del conductor. No debe emplearse grasa, aceites o algún elemento conductor de la electricidad.
- Colocar el carrete o la devanadora lo mas cerca posible de la entrada del tubo y emplear poleas (si fuese necesario) con la finalidad de evitar cortes en el aislante del cable en el proceso se introducción. Si la tubería es metálica coloque los bushing apropiados en los extremos para reducir este riesgo.
- Después de la instalación haga una prueba de MEGADO del cable y, si los valores son los correctos, selle los extremos de los conductores para prevenir la entrada de agua o humedad, sobre todo si va a pasar un tiempo entre la instalación y el conexionado.
- Use suficientes poleas o rodillos si parte del cable va por bandejas con la finalidad de evitar que el arrastre pueda provocar una tensión mecánica excesiva.
- Asegúrese de no sobrepasar la Tensión Máxima del cable, la máxima presión lateral ni el Radio de Curvatura sugerida por el fabricante.
ELEMENTOS Y HERRAMIENTAS:
En el mercado existen muchas herramientas que nos facilitan las labores de instalación de los conductores:
Cintas pasacables: vienen en diferentes tamaños, materiales y rigidez
Equipo compuesto por un compresor, mangueras y diferentes boquillas que nos permiten, mediante el soplado de aire, pasar un cable de guía. Esto es una ventaja cuando la instalación tiene múltiples cambios de dirección.
Malla de halado con elemento saca-vueltas. Permite el halado del cable distribuyendo la Tensión de Halado en un tramo de la cubierta del conductor(es), a la vez que minimiza el efecto de torsión del cable.
Elemento LUBRICANTE que se emplea para reducir la fricción del conductor contra las paredes del tubo. Este lubricante puede resolvernos el problema de la instalación cuando estamos a punto de alcanzar la tensión límite del conductor.
Cabrestante de doble polea.
Cabrestante para fijación en piso
Remolque para instalación de conductores de longitudes largas
Ejemplo de instalación de cables con rodillos y mallas.
HALADO DE UN CABLE DENTRO DE UNA TUBERÍA:
El cálculo mecánico de cables halados en tuberías es un aspecto importante en el diseño y la ingeniería de sistemas de cables eléctricos, de datos o de otro tipo que se instalan en tuberías o conductos. Estos cálculos se realizan para garantizar que los cables no estén sometidos a tensiones excesivas que puedan dañarlos durante la instalación o el funcionamiento. Aquí hay algunos conceptos clave en el cálculo mecánico de cables halados en tuberías:
Tensión de Halado (T): La tensión de halado se refiere a la fuerza aplicada para tirar o instalar un cable a través de una tubería o conducto. Esta fuerza puede ser generada manualmente o mediante equipos mecánicos. Debe calcularse cuidadosamente para evitar que la tensión exceda las especificaciones del cable.
Coeficiente de fricción (μ): El coeficiente de fricción es una medida de la resistencia al deslizamiento entre el cable y la tubería. Este valor varía según el tipo de material de la tubería y la superficie del cable. Debe tenerse en cuenta al calcular la tensión de halado.
Longitud de la tubería (L): La longitud de la tubería o el conducto a lo largo del cual se instalará el cable es un factor importante en el cálculo de la tensión de halado. Cuanto más larga sea la tubería, mayor será la tensión requerida.
Diámetro del cable (D): El diámetro del cable es un parámetro crucial, ya que afecta directamente a la tensión de halado. Los cables más gruesos requieren más fuerza para ser instalados.
El cálculo básico de la tensión de halado se realiza utilizando la fórmula:
T = μ * L * D * W
Donde:
- T es la tensión de halado en libras ó Kg.
- μ es el coeficiente de fricción.
- L es la longitud de la tubería en pies ó metros.
- D es el diámetro del cable en pulgadas ó metros.
- W es el peso del cable por unidad de longitud en libras por pie ó Kg por metro.
Para evitar daños al cable, es importante que la tensión de halado se mantenga dentro de los límites especificados por el fabricante del cable. Además, es fundamental considerar otros factores como la temperatura ambiente, la curvatura de la tubería y la instalación adecuada de guías y dispositivos de sujeción para reducir la fricción y minimizar la tensión.
La Tensión de halado es la sumatoria de las tensiones necesarias aplicar en cada una de las secciones (en caso de que sean varias secciones horizontales, verticales, en ángulos y en las curvas; esta Tensión total (Tout) no debe sobrepasar la Tensión máxima de cable (Tcable) dado por el fabricante ni tampoco la Tensión máxima del elemento o dispositivo de halado.
En los otros tramos en que la posición de la canalización no sea totalmente horizontal se emplean las siguientes fórmulas:
Como podemos observar en las fórmulas, no es lo mismo cuando hacemos la instalación desde abajo hacia arriba que al revés porque en el primer caso (cuando halamos hacia arriba) debemos vencer el peso de los cables en los tramos verticales y cuando lo hacemos hacia abajo el peso nos ayuda en la instalación. Debemos hacer la comprobación en ambos sentidos; pero en muchas oportunidades no es posible subir el carrete del cable para facilitar la instalación hacia abajo por lo que sólo podemos instalar el cable empleando el caso de halar el circuito hacia arriba. Esto depende de cada caso en particular.
En todos los casos no debemos sobrepasar la Capacidad Mecánica del cable. Tampoco debemos sobrepasar el % de ocupación en la sección de la tubería pautada en las NORMAS (40%) en este caso ni el diámetro recomendado para que los conductores no se atasquen dentro de la tubería.
Taller de Cálculo de Tensiones de Jalado:
Patrocinado por la Unión Nacional de Constructores Electromecánicos (UNCE), presentado por CONDUMEX con la participación del Ing. Erick López y publicado en YouTube. Les recomendamos ampliamente suscribirse a este canal de Youtube ya que ofrece información relevante. Aquí les muestro el Vínculo del video:
CÁLCULO DE HALADO DE CABLES EMPLEANDO EL SOFTWARE ETAP:
La predicción exacta de la tensión de tracción del cable es esencial para el diseño adecuado de los sistemas de cable. Este conocimiento permite evitar las prácticas de diseño infravaloradas y / o conservadoras para lograr ahorros de capital sustanciales durante la construcción.
Se realiza un método de cálculo punto por punto en cada curva de conducción y punto de tracción. Tanto las tensiones de tracción hacia delante como hacia atrás se calculan para determinar la dirección de tracción preferida.
Principales Características del Software para para Fuerza de Tensado en Cables:
- Integrado con cables de diagrama unifilares
- Integrado con cables subterráneos
- Tracción de varios cables
- Permitir cualquier geometría de tracción
- Integración Completa de la Biblioteca de Cables de ETAP
- Visualización de la geometría del trayecto de tracción en Tercera Dimensión (3D)
Capacidades del software de la Fuerza de Tensado de Cables:
- Calcular las Fuerzas de tensiones hacia delante y hacia atrás
- Calcular las tensiones de tracción en todos los puntos de flexión
- Calcular la tensión máxima limitada por las presiones de la pared lateral
- Calcular la tensión de tracción máxima admisible
- Permitir que los segmentos tengan pendientes distintas de cero, así como curvas horizontales (segmentos no planos)
- Calcular el porcentaje de llenado del conducto
- Calcular la longitud total de la canalización ( fuerza de tensado)
- Comparar las limitaciones de tensión máxima con las tensiones de tracción calculadas
- Evaluar el posible atascamiento del conducto
- Toma en cuenta la tensión equivalente para cables almacenados en sus carretes de transportación
- Proporcionar tolerancia para pesos de cables y diámetros exteriores
- Proporcionar factores de reducción para calcular la tensión admisible para cables múltiples
- Configuraciones de cables triangulares o en cajones
- Ventanas de resumen y alertas
- Resultados del estudio fundamental de la Fuerza de Tensado
- Indicación de los límites que exceden las tensiones del cable
- Indicación de los límites de llenado del porcentaje del conducto
- Indicación de los requisitos de código NEC no cumplidos
- Visualización gráfica de los resultados del análisis de tracción del cable
- Informe sobre la tensión de la pared lateral, avance y retroceso, incluyendo los indicadores de infracción
- Representación esquemática de diagramas de segmentos y curvas
- Sección del conducto que muestra los diagramas de conductos y cables
Ejemplo práctico:
Supongamos que debemos hacer el cableado del circuito C1 compuesto por un conductor tetrapolar compuesto por 3 fases + neutro (4 #4/0 AWG ) entre los Tableros (Cuadros Eléctricos) T-01 y el T-02 ubicado en el nivel superior según la configuración del diagrama de la figura inferior izquierda. En el recuadro inferior derecho tenemos las Características físicas del conductor a instalar.
Esquema de la canalización:
Las distancias serán:
- d1 = 5 metros (vertical)
- d2 = 15 metros (horizontal)
- d3 = 30 metros (horizontal)
- d4 = 5 metros (vertical)
Datos de entrada del caso a considerar
DIAGRAMA UNIFILAR:
El punto de partida de este estudio de HALADO DE CABLES (Cable Pulling) es un Diagrama Unifilar que hayamos hecho previamente en el software ETAP (en este caso) en que ya tengamos definido los calibres de los conductores y hayamos verificado que cumplen con las condiciones de Capacidad de Corriente, Caída de Tensión y Cortocircuito. Una vez definido todos los elementos procedemos a verificar si se cumplen con las condiciones mecánicas para colocar los conductores en las canalizaciones. En este Estudio en particular vamos a verificar si el circuito C1 se puede instalar en la tubería propuesta sin que sobrepase la Capacidad Mecánica del conductor. Está indicado en el diagrama con un óvalo rojo.
Estos Estudios son necesarios en aquellos casos de canalizaciones de Baja Tensión con grandes longitudes donde no se pueden colocar cajas de paso, en líneas subterráneas de Media Tensión y son indispensables hacerlos en Líneas Subterráneas de Alta Tensión (115 KV y 220 KV) que interconectan Subestaciones o alimentan a Grandes cargas que ameriten acometidas a esos niveles de tensión en áreas urbanas donde nos es viable hacerlo en forma aérea.
Diagrama Unifilar con indicación del Circuitos C1
Procedimiento de cálculo:
El circuito C1 alimenta a una Carga (T-02) de 150 KVA y se seleccionó un cable multipolar compuesto por 4 cables calibre 4/0 AWG (3f+n) y un conductor de Tierra calibre # 1/0 AWG. Características:
- Diámetro exterior: 4.93 Cm
- Peso: 5.820 Kg/Km
- Max. sidewall: 600 Kg/m
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Instalación de una Línea subterránea en tuberías o enterrados directamente:
En aquellos casos cuando se trata de cables de Media Tensión en distribución subterránea y aún mas en los de Alta Tensión (115 KV – 220 KV – 400 KV) donde la longitud de los tramos a instalar está limitada por la Capacidad y el tamaño o peso de los Carretes del conductor (usualmente entre 500 y mil metros ó 40 Toneladas) se debe poner especial cuidado en el Cálculo del Halado de Conductor (Cable Pulling) tanto en la tracción máxima soportada por el cable como en la Presión lateral ejercida sobre las curvas (generalmente de gran Radio de Curvatura) para que el cable no sufra daños mecánicos que puedan acortal su vida útil.
Los fabricantes deben suministrar a los Proyectistas estos datos para que los tomen en cuenta a la hora de efectuar los cálculos correspondientes. Estos Cálculos se deben hacer en ambos sentidos con la finalidad de seleccionar, a la hora de su instalación el sentido del cable que ofrezca menor esfuerzo mecánico si físicamente se puede. Esos cálculos deben estar perfectamente coordinados con el equipo Civil de los proyectistas con la finalidad de ir resolviendo aquellas incidencias que se pudieran presentar a lo largo de la ruta seleccionada. En general se tratará de seleccionar, en aquellos casos de cambios de dirección en el trazado, grandes radios de curvaturas para que ofrezcan la menor resistencia la tracción y maximizar la longitud posible de cada tramo para ahorrar en la cantidad de empalmes
En este video podemos apreciar las actividades para la alimentación de una Subestación con un cable subterráneo de alta tensión
Video publicado en YouTube por Mission Transmission
Es muy importante los soportes tanto los provisionales y las poleas que se colocan mientras se realiza la instalación como los definitivos ya que éstos últimos deben soportar los esfuerzos a los que será sometido el cable en los casos de fallas y cortocircuitos. Estos se deben calcular con sumo cuidado.
Video publicado en YouTube por Mission Transmission
Instalación de una Línea subterránea directamente enterrada:
En este video podemos apreciar los pasos requeridos para la instalación de una Línea de Alta Tensión directamente enterrada (sin tuberías). De igual forma se debe hacer un Estudio de Halado de Cable (Cable Pulling) con la finalidad de asegurar la integridad del cable y no someterlo a tensiones mecánicas que puedan dañarlo.
Video publicado en YouTube por Mission Transmission
7 - BIBLIOGRAFÍA:
– ARTÍCULO TÉCNICO escrito por Edwin Márquez de la empresa SOUTHWIRE hay una muy buena explicación de los cálculos realizados de forma manual sobre el HALADO DE CABLES.
– Software de SOUTHWIRE para cálculo de Halado de Cables en el siguiente ENLACE.
– Tabla de Excel – SIMpull de la empresa Southwire para el Cálculo de Tracción del cable.
– Coeficientes de Fricción en la Tracción de Cables – Polywaters.
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