Análisis transitorio en el enlace submarino Playa del Carmen – Chankanaab II

Abstract

Los cables subterráneos y submarinos de transmisión de energía eléctrica en alta tensión están compuestos por una combinación de materiales conductores, semiconductores y dieléctricos poliméricos extruidos entre sí. Mientras que el núcleo conduce la mayor parte de la corriente eléctrica, la pantalla confina parte de los campos electromagnéticos y la armadura provee de una rigidez mecánica adicional al cable para su instalación, entre otras cosas. La combinación de estos materiales en un solo cable concéntrico y con un número determinado de conductores o fases que lo conforman desarrolla una combinación de efectos eléctricos altamente dependientes de la frecuencia, difíciles de interpretar para un ingeniero analista. Parte de este problema se acentúa en el caso de análisis de un sistema de transmisión por cable submarino. Cuando se transmite energía con una fuente senoidal en baja frecuencia el grosor por Efecto Piel de la densidad de corriente eléctrica es muy grande, por lo que la impedancia del retorno de la corriente por mar regresa a una gran distancia, con lo cual la resistencia equivalente se vuelve prácticamente despreciable. Sin embargo, cuando se realizan maniobras de interconexiones, salidas y entradas de la red, los sistemas de cables submarinos se encuentran continuamente expuestos a distintos fenómenos de transitorios electromagnéticos. Lo cual para su estudio y prevención, se requiere de una evaluación en una amplia gama de frecuencias. Por lo que debe realizarse un estudio de propagación de voltajes y corrientes en el sistema para cada una de las frecuencias. Para efectuar estudios de transitorios electromagnéticos en sistemas de cables submarinos se requiere contar con modelos muy precisos descritos por el comportamiento natural de los parámetros eléctricos RLGC que lo conforman. En este trabajo se extiende la formulación exacta de Schelkunoff para cables concéntricos aplicada a cables submarinos. Se evalúan los modelos aproximados de Wedepohl-Wilcox tanto para los modelos de cables como para aproximar la impedancia de retorno por mar para sistemas de cables submarinos. Se interpretan y estudian, aplicando la teoría de modos naturales de Wedepohl, los principales fenómenos de propagación de transitorios electromagnéticos de un sistema submarino de distribución a 34.5kV con nueve (9) fases instalado entre Isla Cozumel y Playa del Carmen con una longitud de 18.0km, en el estado de Quintana Roo, México. Finalmente, se presentan las conclusiones de los distintos fenómenos interpretados al estudiar la propagación de ondas de sobre-voltajes transitorios tanto de energización como inducidos utilizando modelos de cables submarinos.