CYMCAP fue diseñado para simular el comportamiento térmico de instalaciones de cables de potencia. La versión original del paquete fue desarrollada conjuntamente por Ontario Hydro (Hydro One), la Universidad McMaster y CYME International, bajo el auspicio de la Asociación Eléctrica Canadiense.

CYMCAP realiza cálculos de intensidad admisible y de aumento de temperatura en instalaciones de cables de potencia. Es muy importante en la etapa del diseño de las instalaciones eléctricas determinar la máxima intensidad que los cables de potencia pueden soportar sin deteriorar sus propiedades eléctricas.

La precisión ensayada sobre el terreno de CYMCAP ofrece una mayor seguridad cuando se deben modernizar las instalaciones de cables de potencia existentes y diseñar nuevas instalaciones, maximizando así los beneficios resultantes de las inversiones de capital realizadas con ellas.

• Técnicas iterativas basadas en los métodos Neher-McGrath e IEC 60287©
• Cumplimiento total con las prácticas norteamericanas y soporte de todas las normas IEC: 60287©, IEC 60228©, IEC 601042©, IEC 60853©, etc.
• Representación gráfica detallada de cualquier tipo de cable de potencia. Este módulo puede usarse para modificar cables existentes y enriquecer la biblioteca de cables. Incluye cables unipolares, tripolares, con cinturón, en tubo, submarinos, con cubierta y armadura
• Diversas condiciones de instalación como cables directamente enterrados, con relleno térmico, en ductos enterrados o en bancos de ductos
• Cables en tubos directamente enterrados o con relleno térmico
• Bibliotecas y bases de datos independientes para cables, bancos de ductos, curvas de carga, fuentes de calor e instalaciones
• Simulación de cables instalados en postes de elevación, grupos de cables aéreos, migración de la humedad, fuentes cercanas de calor, disipadores térmicos, etc.
• Distintos tipos de cables dentro de una instalación
• Modelación de la superficie terrestre no isotérmica
• Patrones de carga cíclica según IEC-60853©, incluyendo el desecamiento de suelos
• Varios cables por fase con modelación apropiada de las inductancias mutuas de la cubierta que influencian grandemente las pérdidas de corrientes circulantes provocando la disminución de capacidad
• Se pueden modelar todas las instalaciones de conexiones para configuraciones horizontales o triangulares con descripciones explícitas de las longitudes menores de sección, distancia desigual entre cables, etc.

El programa contiene una opción de análisis térmico transitorio que permite calcular:

• La corriente admisible en función del tiempo y de la temperatura
• La temperatura en función del tiempo y de la intensidad admisible
• El tiempo requerido para alcanzar una temperatura determinada, en función de la intensidad admisible
• El análisis de la intensidad admisible y de la temperatura en función del tiempo
• Los perfiles de carga por circuito definidos por el usuario
• Los distintos tipos de cables por instalación
• Los circuitos pueden sobre cargarse simultáneamente o uno a la vez

El módulo complementario "Múltiples Bancos de Ductos" de CYMCAP permite determinar la intensidad máxima admisible de los cables instalados en los bancos de ductos vecinos y/o con rellenos de diferente resistividad térmica. Presenta una solución única que combina los métodos de cálculo normalizados con los no normalizados. El módulo calcula los valores de T4 (resistencia térmica externa del cable) empleando el método de elementos finitos y luego determina la intensidad admisible en régimen permanente (o temperatura de funcionamiento) del sistema de cables con el método de resolución normalizado de la CEI.

CYMCAP/MDB presenta varias facilidades de modelación. Podemos nombrar, por ejemplo:

• La modelación de hasta once áreas rectangulares con distintas resistividades térmicas
• La modelación de hasta tres bancos de ductos subterráneos en una sola instalación
• La modelación de una fuente o disipador de calor en la instalación
• El cálculo de la intensidad en régimen permanente o de la temperatura máxima admisible

El optimizador de bancos de ductos es un módulo complementario de CYMCAP que permite determinar la ubicación óptima de los distintos circuitos contenidos en un banco de ductos. En particular, el módulo puede recomendar varias disposiciones de circuito dentro del banco de ductos con el fin de:

• Maximizar la intensidad admisible total en el banco de ductos, es decir la suma de las intensidades admisibles de todos los circuitos
• Minimizar la intensidad admisible total en el banco de ductos, es decir la suma de las intensidades admisibles de todos los circuitos
• Maximizar la corriente admisible de cualquier circuito
• Minimizar la corriente admisible de cualquier circuito

Para un banco de ductos de 3 x 4 con tres conductores dispuestos en tresbolillo y un circuito trifásico (una fase por ducto) existen más de 110 000 combinaciones posibles. El algoritmo matemático elaborado de CYMCAP evita el cálculo repetitivo de los casos equivalentes; por consecuencia la solución se obtiene muy eficientemente. La condición mostrada en la parte derecha de la figura muestra las posiciones de los cables que maximizan la corriente total admisible.

El modulo de extensión SCR de CYMCAP calcula la capacidad de corriente de cortocircuito permisible en los cables. El método implementado se describe en la norma CEI 949© (1988) “Cálculo de las intensidades de cortocircuito térmicamente admisibles, teniendo en cuenta los efectos del calentamiento no adiabático”. CYMCAP calcula los valores adiabáticos y no adiabáticos. CYMCAP / SCR ofrece dos posibilidades según los datos de entrada conocidos:

• El cálculo de la corriente máxima de cortocircuito que un componente de cable puede transportar en función del tiempo de cortocircuito y de la temperatura inicial y final
• El cálculo de la temperatura final que un componente de cable dado puede alcanzar para una corriente de cortocircuito y una temperatura inicial dadas

El cálculo del valor nominal de cortocircuito puede efectuarse para hasta cinco capas metálicas del modelo CYMCAP.

• Conductor
• Pantalla
• Pantalla reforzada
• Neutro concéntrico / Alambre de deslizamiento
• Armadura

Este módulo opcional permite al usuario determinar la temperatura, la intensidad admisible en régimen permanente, cíclico y transitorio de los cables instalados en túneles sin ventilación. Nótese que solo se consideran cables idénticos que llevan la misma carga. Este módulo complementario admite una gran variedad de instalaciones de cables unipolares (dispuestos en capas o en tresbolillo) y de cables tripolares. Los cables pueden estar instalados directamente en el suelo, colgados de soportes fijados a la pared, instalados en soportes para cables de tipo escalera o en bandejas portacables. Sus características principales son:

• Modelación de una gran variedad de métodos de instalación: tendidos en el suelo, colgados de una pared, en soportes para cables de tipo escalera o en bandejas portacables
• Los cables y grupos de cables pueden ser unipolares o tripolares. Los cables unipolares pueden estar dispuestos en capas (verticales u horizontales) o en triangulo (tresbolillo)
• Cálculo de la intensidad permanente admisible o de la temperatura. Régimen de carga cíclica usando factores diarios, semanales y anuales. Cálculo de régimen de sobrecarga de emergencia

El módulo opcional Campos Magnéticos (EMF) puede conectarse a CYMCAP. A pesar que no está directamente relacionado a la capacidad térmica del cable, es de gran utilidad para los usuarios de CYMCAP. Después de efectuada la simulación de la intensidad permanente admisible o de la temperatura de funcionamiento permanente, el módulo calcula la densidad del flujo magnético en cualquier punto o sobre el terreno donde están instalados de cables subterráneos. La salida es un gráfico (o una tabla) de la densidad del flujo magnético en función de la posición. Las características de la modelación son:

• Enfoque bidimensional de hilo delgado de longitud infinita
• Consideración de las corrientes variables en el tiempo que producen un vector magnético elípticamente polarizado
• Las corrientes en un circuito trifásico pueden estar desbalanceadas (en magnitud y en fase)
• Se supone que todos los medios son homogéneos, isótropos y lineares
• Las corrientes inducidas no se toman en cuenta

El módulo complementario opcional Cables en zanjas (CYMCAP / TRO) permite al usuario determinar la capacidad térmica de los cables instalados en zanjas con o sin relleno.

Se entiende por zanja una excavación larga y estrecha hecha en la tierra con paredes, piso y techo de hormigón. Los cables pueden estar instalados directamente en el suelo, colgados de soportes fijados a la pared o instalados en bandejas portacables. La zanja puede rellenarse con un material que ofrezca un buen aislamiento térmico o dejarse sin relleno (con aire). El mecanismo de transferencia del calor difiere entre estos dos tipos y debe procesarse independientemente.

El cálculo de la capacidad de los cables se efectúa como con los cables instalados al aire libre pero la temperatura dentro de la zanja debe calcularse según la norma IEC 60287-2-1©. Podemos destacar las funcionalidades siguientes:

• Cálculo de la intensidad máxima admisible o la temperatura cuando los cables llevan la misma carga
• Cálculo de la temperatura promedio del aire dentro de la zanja

Nótese que no se permiten factores de carga y que se presume que todas las zanjas sin relleno están a nivel de la superficie del terreno.

CYMCAP trata las zanjas con relleno como si fueran múltiples bancos de ductos. Para el cálculo la capacidad de los cables en zanjas, CYMCAP emplea:

• El método de elementos finitos para calcular la resistencia térmica externa del cable T₄
• Las normas de la CEI para calcular eficazmente la intensidad máxima admisible

CYMCAP / TRO brinda asimismo varias posibilidades en función de los datos entrados conocidos:

• Cálculo de la temperatura y de la intensidad admisible en cables de carga desigual, como de costumbre
• Facilidades para desplazar las zanjas hacia abajo y modelar zanjas asimétricas
• Se considera la carga cíclica por medio del uso de los factores de carga

El módulo complementario opcional Cables en canalizaciones entubadas (MCAS) permite al usuario calcular la intensidad máxima permanente admisible de los cables con carga desigual y/o la temperatura de los cables instalados en una o más canalizaciones entubadas no magnéticas. En CYMCAP, se entiende por canalización entubada un conducto largo no magnético lleno de aire dentro del cual se pueden instalar cables directamente o dentro de pequeños ductos. Las canalizaciones entubadas se pueden sumergir en agua, instalar sobre el lecho marino o enterrar. Las canalizaciones entubadas y los ductos solo se pueden rellenar con aire.

CYMCAP / MCAS ofrece varias facilidades de modelación entre las cuales se pueden destacar:

• Se permiten diversos medios de enterramiento: submarino o subterráneo
• Modelación de cualquier número de canalizaciones entubadas en paralelo en la misma instalación
• Modelación de cualquier número de ductos dentro de una o varias canalizaciones entubadas a la vez
• Modelación de cualquier número de circuitos dentro de una canalización entubada o ducto
• Circuitos al interior de canalizaciones y de tubos que pueden estar constituidos de varios cables por fase
• Varios materiales (incluso materiales metálicos no magnéticos) están disponibles para modelar ductos y canalizaciones entubadas (PVC, polietileno, cerámica, metales no magnéticos, etc.)
• Tamaño de los ductos y canalizaciones entubadas ilimitado

El módulo facultativo opcional de CYMCAP “Cálculo de la impedancia de los cables (Zmat)” determina los parámetros eléctricos de los cables necesarios para llevar a cabo estudios de redes a la frecuencia industrial (50/60 Hz). La estimación de los parámetros se efectúa después de una simulación exitosa de la intensidad admisible o de la temperatura en régimen permanente. Los resultados finales de Zmat son las impedancias y admitancias de secuencia directa y homopolar para todos los cables presentes en una instalación.

Todas las matrices de impedancia y de admitancia se presentan en el reporte. Primero las matrices primitivas por circuito por componente metálico seguidas de las matrices transpuestas (en caso de haberlas) y de las matrices reducidas a los conductores de fase, finalmente las matrices de los componentes simétricos resultantes.

• Cálculo de las impedancias de secuencia para todos los cables presentes en una instalación
• Modelación de las admitancias de secuencia de todos los cables presentes en una instalación
• Posibilidad de considerar varios cables por fase
• Posibilidad de representar uno o varios neutros y tomarlos en cuenta en los cálculos

El módulo complementario opcional de CYMCAP « Cruces de cables (Xing) » permite al usuario determinar la intensidad máxima admisible de dos circuitos que se cruzan.

Cuando dos circuitos se cruzan, cada uno se comporta como una fuente de calor para la otra. La cantidad de calor generada, la distancia vertical entre los circuitos que se cruzan y el ángulo de cruce son parámetros importantes que influencian la intensidad máxima admisible respectiva. En la ausencia de cálculos que toman en cuenta el cruce de cables, la práctica general es usar el resultado conservador que supone que los circuitos están instalados paralelamente. En este caso la interacción térmica es máxima. Se vuelve mínima cuando los circuitos se cruzan en ángulo recto. El método conservador reduce inútilmente ambos circuitos. El módulo Cruces de cables permite aumentar hasta de 20% la intensidad máxima admisible de los cables en comparación a la intensidad máxima admisible conservadora obtenida considerando los circuitos como si estuviesen en paralelo.

• Posibilidad de modelar dos circuitos que se cruzan en la misma instalación
• Se soporta el cruce de cables para los cables directamente enterrados, los conductos enterrados y los tubos enterrados.
• El método empleado para calcular la intensidad máxima admisible es conforme con la norma IEC 60287-3-3©.