Líneas Aéreas y Subterráneas

Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas 2.1

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CONDUCTORES ELÉCTRICOS

Son los encargados de transportar la energía desde los centros de generación hasta los centros de consumo. Los metales utilizados son el cobre y el aluminio de uso eléctrico. Dependiendo de la forma en que esté constituido el elemento conductor, los conductores eléctricos se clasifican de la siguiente manera: formada por un solo elemento o hilo  Alambre, conductor eléctrico cuya alma conductora está formada conductor .

Figura 2.1. Alambre eléctrico.

 Cable, conductor eléctrico eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos

conductores o alambres de baja sección, lo que otorga una gran flexibilidad.

Figura 2.2. Cable eléctrico. eléc trico.

Como se mencionó anteriormente los materiales más utilizados en la fabricación de conductores eléctricos son el cobre y el aluminio. Aunque ambos metales tienen una conductividad eléctrica excelente, el cobre constituye el elemento principal en la fabricación de conductores por sus notables ventajas mecánicas y eléctricas. El uso de uno u otro material como conductor, dependerá de sus características eléctricas (capacidad para transportar la electricidad), mecánicas (resistencia al desgaste, maleabilidad), del uso específico que se le quiera dar y del costo. Estas características llevan a preferir al cobre en la elaboración de conductores eléctricos. El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre electrolítico de alta pureza, 99,99%. Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza o temple: duro, semiduro y blando o recocido. El conductor está identificado en cuanto a su tamaño por un calibre, que puede ser milimétrico y expresarse en mm2 o americano y expresarse en AWG o MCM con una equivalencia en mm 2.

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Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas

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Tabla 2.1. Conductores de cobre temple duro y blando.

Cobre de temple duro Conductividad del 97% respecto a la del cobre puro Resistividad de 0,018 a 20 °C de temperatura Capacidad de ruptura a la carga, oscila entre 37 a 45 Kg/mm2 Por esta razón se utiliza en la fabricación de conductores desnudos, para líneas aéreas de transporte de energía eléctrica, donde se exige una buena resistencia mecánica

Cobre recocido o de temple blando Conductividad del 100% Resistividad de 0,01724 a 20° C de temperatura Carga de ruptura media de 25 kg/mm2 Como es dúctil y flexible se utiliza en la fabricación de conductores aislados.

Los conductores eléctricos se pueden clasificar según su función y tensión de servicio.       

Para el transporte de energía. Para control y señales codificadas. Tensiones reducidas reducidas (menor o igual a 100 V). V). Baja Tensión (superior (superior a 100 V y hasta 1 kV). Media Tensión (más (más de 1 kV y hasta 60 kV). kV). Alta Tensión (más de 60 kV y hasta 220 220 kV). Extra Alta Tensión (por sobre 220 kV).

La vida útil de los conductores eléctricos en general es elevada (superior a 20 años). En la práctica la duración del cable depende de cómo se conserve la aislación. Este está sometido a temperaturas que aceleran el proceso de envejecimiento y que se reflejan en pérdida de las cualidades mecánicas. El estudio de los aislantes ha conducido a definir qué respetando cierta temperatura máxima en operación se espera alcanzar cierta vida útil, cada sobre-temperatura que se presente quita al cable algo de su vida útil. Se considera aceptable que sobrecargas y cortocircuitos hagan perder al cable el 10% de su vida útil, este criterio define la temperatura máxima que puede presentarse en estas condiciones. Dependiendo del número de almas conductoras, los conductores eléctricos se clasificación de la siguiente manera:

Monoconductor , conductor eléctrico con una sola alma conductora, con aislación y con o sin cubierta protectora.

Figura 2.3. Monoconductor.

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Multiconductor, conductor eléctrico con dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una por su respectiva capa de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.

Figura 2.4. Multiconductor.

Características de los aislantes El objetivo de la aislación en un conductor es evitar que la energía eléctrica que circula por él, entre en contacto con las personas o con objetos, ya sean éstos ductos, artefactos u otros elementos que forman parte de una instalación. Del mismo modo, la aislación debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer contacto entre sí. Los materiales aislantes usados desde sus inicios han sido polímeros, es decir, lo que en química se define como un material o cuerpo químico formado por la unión de muchas moléculas idénticas, para formar una nueva molécula más gruesa. Antiguamente los aislantes fueron de origen natural, gutapercha y papel. Posteriormente la tecnología los cambió por aislantes artificiales actuales de uso común en la fabricación de conductores eléctricos. Los diferentes tipos de aislación de los conductores están dados por su comportamiento térmico y mecánico, considerando el medio ambiente y las condiciones de canalización a que se verán sometidos los conductores que ellos protegen, resistencia a los agentes químicos, a los rayos solares, a la humedad, a altas temperaturas, llamas, etc. Entre los materiales usados para la aislación de conductores podemos mencionar el PVC o cloruro de polivinilo, el polietileno o PE, el caucho, la goma, go ma, el neoprén y el nylon. Si el diseño del conductor no considera otro tipo de protección se le denomina aislación integral, porque el aislamiento cumple cu mple su función y la de revestimiento a la vez. Cuando los conductores tienen una protección adicional de un polímero sobre la aislación, esta última se llama revestimiento, chaqueta o cubierta.

Cubierta Protectora El objetivo fundamental de esta parte de un conductor, es proteger la integridad de la aislación y del alma conductora contra daños mecánicos, tales como raspaduras, golpes, etc. Si las protecciones mecánicas son de acero, latón u otro material resistente, a ésta se le denomina “armadura”. La “armadura” puede ser de cinta, alambre o alambres trenzados. Los conductores también pueden estar dotados de una protección de tipo eléctrico formado por cintas de aluminio o cobre. En el caso 3


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que la protección, en vez de cinta esté constituida por alambres de cobre, se le denomina “pantalla” o “blindaje”.

Figura 2.5. Composición de un conductor eléctrico.

Figura 2.6. Composición de un conductor eléctrico armado.

Capa Semiconductora Interior Es una capa de compuesto semiconductor XLPE (Polietileno reticulado) extruido sobre el conductor con el fin de evitar un gradiente eléctrico excesivo en la zona de geometría irregular del conductor o de eventuales vacíos entre el conductor y el aislamiento.

Aislación La aislación es la capa de polímero que rodea al conductor y que tiene como finalidad eliminar o disminuir llevando a valores seguros la diferencia de potencial de los conductores con respecto al valor de referencia, normalmente tierra. Las características de los aislantes más utilizados son las siguientes:

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 Aislantes estratificados

Los aislantes estratificados son básicamente el papel, el cual requiere en los cables de potencia, la impregnación con un aceite fluido o masa aislante. Prácticamente está en desuso excepto para transmisión en alta tensión (123 kV, 220 kV, 500 kV ó 750 kV) por su gran confiabilidad.  Aislantes sólidos

Los aislantes sólidos son normalmente compuestos del tipo termoplástico o termoestable (reticulados) con distintas características, que han ido evolucionando a través del tiempo hasta nuestros días. Entre los aislantes sólidos más utilizados en la construcción de cables eléctricos, se encuentran los siguientes: •

Policloruro de Vinilo (PVC) Material termoplástico utilizado masivamente para la mayoría de los cables de uso domiciliario e industrial en baja tensión. Con el agregado de aditivos especiales en su formulación, se logran variedades con resistencia a la propagación del incendio; reducida emisión de gases tóxicos y corrosivos. La temperatura de funcionamiento normal de este aislante es de 70 ºC.

•

Polietileno Reticulado (XLPE) Material termoestable (una vez reticulado no se ablanda con el calor) presenta mejores características eléctricas y térmicas que el PVC, por lo que se utiliza en la construcción de cables de baja, media y alta tensión. La ausencia de halógenos en su composición hace que los gases, producto de su eventual combustión no sean tóxicos o corrosivos. Su termoestabilidad hace que pueda funcionar en forma permanente con temperaturas de 90 ºC en los conductores y 250 ºC durante 5 segundos en caso de cortocircuito.

•

Goma Etilenpropilénica (EPR) Material termoestable de características similares al XLPE.

•

Etil Vinil Acetato (EVA) Es un copolímero etilénico, que se usa como termoplástico o como elastómero, previa reticulación por peróxidos. El carácter del copolímero EVA viene dado, en general, por la relación entre el acetileno y el acetato de vinilo. Las mezclas con EVA se distinguen por su gran resistencia al calor y permiten temperaturas en el conductor de hasta 130 ºC. Las características generales que identifican a este tipo de aislación es la retardancia a la llama, baja emisión de gases tóxicos y corrosivos y baja emisión de humos visibles.

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Tabla 2.1. Comportamiento Térmico de las Aislaciones

Capa Semiconductora Exterior Es una capa de compuesto semiconductor extruido sobre la aislación y en contacto con este. Las funciones más importantes de esta capa semiconductora son las siguientes:  Confinar el campo eléctrico en el aislamiento.  Obtener una distribución del gradiente eléctrico en forma radial y uniforme.  Reducir el riesgo de descargas accidentales.

Pantalla Metálica Está constituida por una cinta de cobre y/o alambres de cobre aplicados helicoidalmente sobre la capa semiconductora exterior. Su función es confinar totalmente el campo eléctrico en el interior del aislamiento evitando la formación de superficies de descargas peligrosas en la periferia del cable.

Usos de conductores eléctricos Para tendidos eléctricos de alta y baja tensión, existen en nuestro país diversos tipos de conductores de cobre, desnudos y aislados, diseñados para responder a distintas necesidades de conducción y a las características del medio en que la instalación prestará sus servicios. La selección de un conductor debe asegurar una capacidad de transporte de corriente adecuada, una capacidad de soportar corrientes de cortocircuito apropiada, una adecuada resistencia mecánica y un comportamiento acorde con las condiciones ambientales en que operará. Los conductores de cobre desnudos, son alambres o cables y son utilizados para líneas aéreas de redes urbanas y suburbanas, tendidos aéreos de alta tensión a la intemperie, líneas aéreas de contacto para ferrocarriles y trolebuses. Alambres y cables de cobre con aislación, son utilizados en líneas aéreas de distribución y poder, empalmes, etc. Instalaciones interiores de fuerza motriz y alumbrado, ubicadas en ambientes de distintas naturaleza y con diferentes tipos de canalización. Tendido aéreos en faenas mineras (tronadura, grúas, perforadoras, etc.). Tendidos directamente bajo tierra, bandejas o ductos. Minas subterráneas para piques y galerías. Control y comando de circuitos eléctricos (subestaciones, 6


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industriales, etc.). Tendidos eléctricos en zonas de hornos y altas temperaturas. Tendidos eléctricos bajo el agua (cable submarino) y en barcos (conductores navales). Otros que requieren condiciones de seguridad. Tomando en cuenta su tipo, uso, medio ambiente y consumos que servirán, los conductores eléctricos se clasifican en la siguiente forma:

Conductores para distribución y poder    

Alambres y cables (N° de hebras: 7 a 61). Tensiones de servicio: 0.6 a 35 kV (MT) y 46 a 65 kV (AT). Uso: Instalaciones de fuerza y alumbrado (aéreas, subterráneas e interiores). Tendido fijo.

Cables armados  Cable (N° de hebras: 7 a 37).  Tensión de servicio: 600 a 35.000 Volts.  Uso: Instalaciones en minas subterráneas para piques y galerías (ductos, bandejas, aéreas y

subterráneas).  Tendido fijo.

Conductores para control e instrumentación  Cable (N° de hebras: 2 a 27).  Tensión de servicio: 600 Volts.  Uso: Operación e interconexión en zonas de hornos y altas temperaturas (ductos, bandejas,

aéreas o directamente bajo tierra).  Tendido fijo.

Cordones  Cables (N° de hebras: 26 a 104).  Tensión de servicio: 300 Volts.  Uso: Para servicio liviano, alimentación a: radios, lámparas, aspiradoras, jugueras, etc.

Alimentación a máquinas y equipos eléctricos industriales, aparatos electrodomésticos y calefactores (lavadoras, enceradoras, refrigeradores, es tu fas, planchas, cocinillas y hornos, etc.).  Tendido portátil.

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Cables portátiles  Cables (N° de hebras: 266 a 2.107).  Tensión de servicio: 1.000 a 5.000 Volts.  Uso: En soldaduras eléctricas, locomotoras y máquinas de tracción de minas subterráneas.

Grúas, palas y perforadoras de uso minero. · Resistente a: Intemperie, agentes químicos, a la llama y grandes solicitaciones mecánicas como arrastres, cortes e impactos.  Tendido portátil.

Cables submarinos  Cables (N° de hebras: 7 a 37).  Tensión de servicio: 5 y 15 kV.  Uso: En zonas bajo agua o totalmente sumergidos, con protección mecánica que los hacen

resistentes a corrientes y fondos marinos.  Tendido fijo.

Cables navales    

Cables (N° de hebras: 3 a 37). Tensión de servicio: 750 Volts. Uso: Diseñados para ser instalados en barcos en circuitos de poder, distribución y alumbrado. Tendido fijo.

Dentro de la gama de alambres y cables que se fabrican en el país, existen otros tipos, destinados a diferentes usos industriales, como los cables telefónicos, los alambres magnéticos esmaltados para uso en la industria electrónica y en el bobinado de motores de partida y motores de tracción, los cables para conexiones automotrices a baterías y motores de arranque, los cables para parlantes y el alambre para timbres. A modo de ejemplo se muestran algunas de las tablas de conductores eléctricos más usadas por los profesionales, técnicos y especialistas. Se recomienda solicitar a los productores y fabricantes las especificaciones, para contar con la información necesaria para los proyectos eléctricos.

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Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas 2.2

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CÁLCULO DE LÍNEAS ELÉCTRICAS

El dimensionamiento de una línea que lleve energía eléctrica requiere de conciliar cuatro aspectos fundamentales.  Que la línea asegure que las pérdidas de energía en la línea son las mínimas compatibles con

el buen funcionamiento de la instalación.  Que los conductores, en condiciones normales de operación sean capaces de transportar la

corriente que solicita el consumo sin exceder sus temperaturas normales de servicio.  En condiciones de falla soporten las solicitaciones que el sistema les impone.  Que las condiciones de instalación de los conductores aseguren la integridad mecánica de

ellos y de sus aislaciones. El primero de los aspectos se soluciona calculando la pérdida de voltaje que se produce en los conductores de una línea al circular por ellos la corriente de carga. El segundo, verificando en las tablas de capacidades de transporte que no sobrepasen los valores indicados en las tablas respectivas para la sección correspondiente. El tercero, verificando que el conductor soporta las máximas corrientes transitorias que pueden circular. El cuarto verificando que las cantidades de conductores en el ducto que los lleva es la adecuada o efectuando el cálculo del comportamiento mecánico cuando se trata de líneas aéreas.

2.2.1 Tensión Nominal del Cable La selección de la aislación de un cable, se realiza en base a la tensión línea a línea del sistema eléctrico en el cual será instalado el cable, la forma de aterrizamiento del sistema (sólidamente aterrizado, aterrizado por medio de resistencias o levantado de tierra) y el tiempo de operación de las protecciones ante fallas a tierra. De acuerdo a lo explicado anteriormente, se define el concepto de nivel de aislación en un conductor, el cual puede ser de 100%, 133% ó 173%.  Nivel de aislación de 100%

Un nivel de aislación de 100% es aplicable a los conductores que se encuentran instalados en sistemas aterrizados y en el que las protecciones sean capaces de despejar las fallas a tierra en tiempos menores a 1 minuto.

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 Nivel de aislación de 133%

En sistemas levantados de tierra, donde las condiciones de operación de las protecciones no permiten despejar fallas en menos de 1 minuto y que en el caso más desfavorable se despeja en 1 hora, entonces en este caso se utilizarán conductores con un nivel de aislación de 133%.  Nivel de aislación de 173%

En el caso de que la falla pueda permanecer por más de 1 hora sin ser despejada, entonces se deberán seleccionar conductores con un nivel de aislación de 173%.

2.2.2 Corriente Requerida por la Carga Es la corriente máxima permanente considerando las potencias nominales de las cargas aplicadas. Estas cargas pueden ser motores, centros de carga, enchufes, alumbrado, etc. 

 = √  

(1)



 = 

(2)

P: Potencia en Watts V: Tensión de servicio cos: Factor de potencia El problema fundamental del estudio de los cables de energía es la determinación de la potencia que un cable, o un grupo de cables, puede transportar en servicio permanente bajo ciertas condiciones de instalación. Esto puede realizarse por medio de fórmulas matemáticas, en general bastante complejas, o por métodos aproximados en base a tablas técnicas de dimensionamiento suministradas por los fabricantes de conductores o las tablas incluidas en las respectivas normas eléctricas. Este método aproximado es el que generalmente se utiliza en los diseños eléctricos para determinar el tipo de conductor por conducción de corriente.

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Tabla de Capacidad de Corriente de Fabricante

Ejemplo Sea un motor trifásico de 380Vac, 50Hz, FP= 0,85 y 100HP Determine capacidad de corriente de consumo y sección mínima del conductor utilizando tabla de capacidad de corriente del fabricante para un conductos tipo THHN. Primero obtenemos la potencia en Kilowattas, 100HP  75Kw aproximadamente. Determinamos la corriente requerida por la carga 



 = √   = √ ∙∙, =  Luego utilizamos la columna en Amper grupo A, y ubicamos en valor de 134A en la tabla, como el valor más próximo es de 130A, pero en este caso debemos elegir el valor inmediatamente superior 150A, con esto la sección del conductor requerido es de 1 AWG.

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Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas Tabla de Capacidad de Corriente entregada por Norma Nch. Elec. 4/2003

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Los valores de capacidad de corriente indicados en las tablas de los fabricantes o en las tablas entregadas en las normas, están referidas a las condiciones de instalación allí indicadas. En el caso de otras disposiciones o que se deba instalar a lo largo del recorrido previsto más de un cable tripolar o más de una terna de cables mono-polares, es preciso considerar el calentamiento mutuo entre los conductores y reducir la capacidad de transporte de corriente de los cables mediante la aplicación de factores de reducción.

2.2.3 Factor de Reducción por Cantidad de Conductores en el Ducto Los valores indicados en la tabla 8.7 y 8.7a del código eléctrico para conductores en secciones milimétricas y AWG, son aplicables a tres conductores colocados en un mismo ducto. En caso de circuitos trifásicos no se considera el neutro como un cuarto conductor y al conductor de tierra de protección en ningún caso se le considera como un conductor activo al fijar la capacidad de transporte de una línea. Si el número de conductores activos colocados en un mismo ducto excede de tres se deberá disminuir la capacidad de transporte de cada uno de los conductores individuales de acuerdo al factor de corrección  indicado en la tabla 8.8 del código eléctrico.

Ejemplo Si utilizamos un cable de sección 1AWG (42,4 mm 2) que de acuerdo a la tabla 8.7a, tiene una capacidad de transporte de 150A. Si se requiere ocupar 4 conductores activos por el ducto, de debe aplicar el factor de corrección.

 =   ∙  =  ∙ ,  =  Conexión de varios cables en paralelo Cuando se conectan varios cables en paralelo debido a la elevada intensidad de corriente a transportar, esto es cables conectados en ambos extremos a barras comunes, se deberá aplicar un coeficiente corrector adicional, como mínimo, 0,9 para compensar el posible desequilibrio de las intensidades entre los cables conectados a la misma fase (según Norma UNE 21123).

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2.2.4 Factor de Reducción por Temperatura Ambiente En igual forma, si la temperatura ambiente excede de los 30°C la capacidad de transporte de los conductores se deberá disminuir de acuerdo al factor  indicado en las tablas 8.9 y 8.9a.

Del ejemplo anterior, si la temperatura ambiente es de 38°C y la temperatura de servicio del conductor es de 75°C, tenemos que:

 =   ∙  =  ∙ ,  =  En el caso que la temperatura ambiente y la cantidad de conductores excede de los valores fijados en la tabla 8.7a, la corriente de servicio estará dada por la ecuación siguiente:

 =   ∙  ∙ 

(3) 18




2.2.5 Dimensionamiento por caída de voltaje de alimentadores con carga concentrada Al circular una corriente eléctrica a través de los conductores de una instalación se produce en ellos una caída de tensión. La norma chilena Nch. 4/2003, en su punto 7.1.1.3 señala lo siguiente: “La sección de los conductores de los alimentadores o sub-alimentadores será tal que la caída de tensión provocada por la corriente máxima que circula por ellos, determinada de acuerdo a 7.2.1.1, no exceda del 3% de la tensión nominal de la alimentación, siempre que la caída de tensión total en el punto más desfavorable de la instalación no exceda del 5% de dicha tensión. Estos valores son válidos para alimentadores de alumbrado, fuerza, calefacción o combinación de estos consumos.”

Líneas resistivas puras Se consideran líneas resistivas puras aquellas con una sección inferior a 25mm 2. En ellas se cumple que la parte resistiva es más de 5 veces la reactancia inductiva y, por tanto, la caída de tensión se puede calcular tomando en cuenta sólo el efecto resistivo (R/X > 5). En este caso la sección técnica, calculada a partir de la caída de tensión permitida, para un circuito monofásico será:

=

∙∙∙∙ 

(4)

Monofásico

Esta expresión es válida para un factor de potencia mayor o igual a 0,9. En caso contrario es recomendable emplear la relación  =

∙∙∙ que si bien es inexacta, el único efecto que produce es 

obtener una sección sobredimensionada que desde el punto de vista de la seguridad de la instalación es más adecuado. ∙∙∙∙ 

 = √

(5)

Trifásico

Ejemplo Se requiere alimentar un consumo de alumbrado que está ubicado a 30 metros del punto de alimentación. La corriente es de 15 A, la tensión 220 Volts y el factor de potencia 0,9. Determinar la sección para un conductor de cobre. Solución: Primero calculamos Vp Vp = 0,03 • 220 = 6,6 V Como el conductor es de cobre r = 0,0179 Ωmm2/m, luego la sección mínima es: S = 2 • 0,0179 • 30 • 15 • 0,9/6,6 = 2,2 mm2 Por lo tanto la sección comercial será de 2,5 mm2.

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Líneas cortas inductivas En este caso la caída de tensión toma en cuenta tanto la resistencia como la reactancia del conductor. La expresión para el cálculo de la caída de tensión es:

En cuanto a la caída de tensión que se tendrá en las redes eléctricas ante la partida de grandes motores, es común aceptar hasta un 15% de caída de tensión, aunque lo recomendable sería no sobrepasar el 10%. Para efectos prácticos, en los cálculos de caída de tensión se debe considerar el valor de la reactancia sólo para conductores de sección mayor a 25 mm², el cos ϕ se puede tomar igual a 0,85 en primera aproximación. Las expresiones de la caída de tensión se utilizan para la verificación de la sección del conductor.

Ejemplo Se requiere conectar una carga trifásica de 100kw 380Vac, con un factor de potencia de 0,85, determine la corriente nominal, corriente de diseño, Sección del conductor, caída de tensión y verificación de la caída de tensión. 

 = √   = ,  = ,  ∗  = ,  ∗ ,  =  Determinar si ocupará cable multiconductor o monoconductor, en este caso será monoconductor, por lo tanto vamos a la tabla 8.7a del código eléctrico. Para la capacidad de corriente calculada se tiene S=85mm2 Vp=0,03*380= 11,4V Tarea realizar la comprobación de la caída de tensión. 20


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

2.2.6 Dimensionamiento por caída de tensión en alimentadores con carga distribuida En caso de que las cargas no se encuentren concentradas en un solo punto, sino distribuidas a lo largo de la línea, se pueden presentar dos criterios para el dimensionamiento de la sección del conductor:  Criterio de la Sección Constante.  Criterio de la Sección Cónica.

Criterio de la sección constante El dimensionamiento de la sección de los conductores, resulta ser constante para toda la extensión del alimentador; en este caso tendremos:

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

 ,  ,  ,      ,  ,  ,             La sección para un alimentador monofásico es: V P  s



2  s

2  V P

(6)

 L1i1  L2i2  L3i3  L4i4 

 L1i1  L2 i2  L3i3  L4i4 

(7)

Y en general, para una línea con n derivaciones se puede establecer que: s 

2  V P

n

 L i

(8)

a a

a 1

Por su semejanza con el problema mecánico de la suma de los momentos, algunos autores llaman a este método de cálculo "métodos de los momentos eléctricos".

Ejemplo En el alimentador de la Figura. Sea L1 = 40 m, L2 =.65 m, L3 = 90 m, e i1 = 15 A, i 2= 22 A i3 = 18 A. Calcular la sección de la línea.

s



2  V P

s



 L1i1  L2i2  L3i3 

2  0,018 6,6

40  15  65  22  90 18  19.9mm2

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

Criterio de la sección cónica En la aplicación del criterio de la sección cónica se parte de la base que la sección ira decreciendo en cada uno de los tramos a medida que nos alejamos del punto de alimentación. Existen varias formas matemáticas de lograr que se cumplan las condiciones impuestas a este problema, se analizaran brevemente dos de ellas, que conducen a resultados equivalentes, el método de la densidad de corriente constante y el método de la caída del voltaje uniforme.

Según lo expuesto, la caída de voltaje en el extremo de la línea se rá: V P  V P 1  V P 2  V P 3  V P 4 V P



2  I 1l 1



2  I 2 l 2

s1



2  I 3l 3

s 2

(9) 

2  I 4 l 4

s 3

(10)

s 4

I1 = i1 + i2 + i3 + i4 I2 = i2 + i3 + i4 I3 = i3 + i4 I4 = i4 LT = L1 + L2 + L3 + L4 [m] Si para el primer caso se le impone la condición que la densidad la corriente sea la misma en todos los tramos de la línea debe cumplirse que: I 1 s1 V P

 

I 2 s 2



I 3 s 3

2  d l 1



I 4 s 4

l

(11)

 d l

l

 2  3  4

  2 dL

(12)

Y en general, para la derivación enésima sn 

I n

(13)

d

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

Ejemplo Aplicar el criterio de sección cónica, densidad constante al caso considerado en el ejemplo anterior. En este caso se cumple que I 1 = 55 A . I 2 = 40 A , I 3 = 18 A L = 90 m 6,6

d 

 2,037 A mm

2  0,018  90 55  27mm2 s1  2,037 s2  s3 

40 2,037 18 2,037

 19,64mm 2  8,83mm2

2.2.7 Dimensionamiento de la Sección por el Criterio de Cortocircuito La intensidad de cortocircuito que puede soportar un cable depende de la temperatura máxima que puede aceptar dicho cable sin sufrir un daño permanente. La expresión que permite calcular la corriente de cortocircuito que es capaz de soportar un cable en función del tiempo de duración de dicho cortocircuito es:

Dónde:     

ICC es la intensidad de cortocircuito (en A). tCC es la duración del cortocircuito (en s). K es una constante dependiente del material conductor. S es la sección del conductor (en mm2). β es la inversa del coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura (β = 1/α) del material conductor.  θf temperatura final del cortocircuito (en ºC).  θi temperatura inicial del cortocircuito (en ºC). Las constantes utilizadas en la fórmula anterior son:

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

En cuanto a la temperatura inicial y final del cortocircuito, dependen de la naturaleza del aislamiento.

A partir de la fórmula anterior se puede deducir otra que facilite la densidad de corriente de cortocircuito en función del tiempo para un cable con un aislamiento determinado.

Cuadro-resumen de cálculos de la densidad de corriente de cortocircuito en función del tiempo, del tipo de aislante y del tipo de conductor.

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

Densidad de corriente de cortocircuito, en A/mm2, para conductores de aluminio.

:

Densidad de corriente de cortocircuito, en A/mm2, para conductores de cobre.

2.2.8 Dimensionamiento de conductores para motores Los conductores que se emplean para alimentar un motor se dimensionarán siguiendo el siguiente criterio: 

Los conductores que alimentan un motor deben tener una capacidad no menor a un 125 % de la corriente a plena carga del motor.



En el caso de motores de múltiples velocidades, la selección del conductor de alimentación se basará en la mayor de las corrientes de placa que presenta dicho motor.

Las excepciones a esta regla son dos. La primera corresponde a motores que son operados por períodos cortos de tiempo, en forma intermitente, en forma periódica y con c iclo de trabajo variable. En este caso la capacidad de los conductores de alimentación será no menor a la corriente nominal de placa multiplicada por los factores de la tabla siguiente.

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Factores de dimensionamiento de alimentación a motores de régimen no pe rmanente.

La segunda excepción corresponde a los motores de corriente continua que son alimentados mediante un equipo rectificador. En este caso los conductores entre el rectificador y el motor deben tener una capacidad no menor a los siguientes % de la corriente nominal:  190 % para rectificadores de media onda  150% para rectificadores de onda completa

2.2.9 Circuitos que alimentan un grupo de motores. Existen dos situaciones a considerar cuando se trata de grupos de motores: que los motores operen en forma continua o que uno o más de ellos lo haga en forma intermitente. Cuando se trata de un grupo de motores de régimen permanente, la capacidad de los conductores que alimentan el grupo debe ser como mínimo igual a la suma de las corrientes nominales de los motores más un 25% de la corriente nominal del motor de mayor potencia perteneciente al grupo. En el caso que uno o más de los motores del grupo tiene un ciclo de trabajo intermitente o corto, la capacidad de los conductores se calcula de la siguiente manera: Se suman las corrientes de plena carga de los motores que operan en régimen no permanente, corregidas por los factores de la tabla correspondiente (régimen intermitente). Se suman las corrientes de plena carga de los motores que operan en régimen permanente. Se suma 0,25 de la corriente de plena carga del motor de mayor potencia, corregida por el factor de la tabla de motores de operación intermitente, si el motor trabaja en dicho régimen. La suma de las corrientes obtenidas en los puntos 1 al 3 define la capacidad de transporte de los conductores que alimentan el grupo. Consideremos el siguiente ejemplo Para una instalación de 380 volts se desea dimensionar un alimentador para 4 motores de inducción de 50, 75, 100 y 125 HP cada uno. El motor de 100 HP tiene un régimen de operación corto de 15 minutos. 29


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Solución: 1. Determinamos las corrientes nominales de cada motor según el catálogo correspondiente 50 HP – 69 A 75 HP – 100 A 100 HP – 138 A 125 HP – 166 A 2. Calculamos las corrientes de los motores de régimen no permanente y de régimen permanente No permanente (motor de 100 HP) : 138 A • 1,2 (factor tabla período corto 15 minutos de operación) = 165,6 A, Permanente : 69 + 100 + 166 = 335 A 3. Multiplicamos por 0,25 la corriente del motor de mayor potencia Motor de 125 HP : 166 • 0,25 = 41,5 A 4. Sumamos todas las corrientes para obtener la capacidad de transporte mínima del alimentador, Capacidad alimentador = 16 5,6 + 335 + 41,5 = 542,1 A.

2.2.10 Conductor para neutro de alimentadores En un circuito eléctrico la forma de onda de cada fase del voltaje es casi perfectamente sinusoidal, lo que hace circular corrientes que (a menos que los consumos sean no lineales) son también sinusoidales. Si, además, estos consumos son equilibrados, es decir cada fase del voltaje trifásico alimenta consumos idénticos, las corrientes serán de la misma amplitud y, en ese caso, las corrientes por el neutro serán nulas. De este hecho han tomado ventaja algunos instaladores y han instalado conductores de neutro de una sección equivalente a la mitad de la sección empleada en la fase. La situación anterior es permitida por normas, en las que es usual leer frases tales como “en los sistemas trifásicos con neutro la sección de este último no deberá ser inferior al 50% de la sección del conductor de la fase”(Norma NCH Elec 4/2003: Instalaciones interiores en baja tensión). Sin embargo, cuando los consumos no son lineales, es decir hay circuitos electrónicos de control en el sistema como computadores y televisores, circulan corrientes correspondientes a la armónica 3 por las fases las que, aunque sean de la misma amplitud por cada fase no se anulan sino que se suman. La Norma IEC 555-2 (ver tabla adjunta) establece un límite para la armónica 3 igual a 3,4 mA*W.

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O sea que la Norma IEC 555-2 permite un valor de tercera armónica equivalente a un 74,8% de la fundamental. Cabe hacer notar que mediciones en terreno permiten aseverar que la componente de tercera armónica en equipos computacionales y televisores es incluso superior al 74,8% de la fundamental. Como se ha dicho, esta componente de tercera armónica se suma en el neutro, de tal modo que cabe esperar que la corriente de neutro sea un 224 % de la fundamental (3 • 74,8=224.4%). Por tanto, la corriente de neutro puede alcanzar el doble del valor de las corrientes de fase y estar 31


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dimensionado para la mitad de la corriente de fase (Fuente: Electrical Design: A Good Practice Guide, Copper Development Association, CDA Publication 123, 1997). La norma NCH 4/2003 dice al respecto: “En alimentadores trifásicos que sirvan cargas no lineales tales como alumbrado mediante lámparas de descarga, circuitos de sistemas de procesamiento computacional de datos, controladores de velocidad de motores alternos mediante variadores de frecuencia, partidores suaves o equipos similares en los cuales se generan armónicas que estarán presentes en el conductor neutro, la sección de este conductor deberá ser a lo menos igual a la sección de los conductores de las fases”. Si bien especifica una sección de neutro “a lo menos igual” no alerta al usuario de que la corriente puede ser claramente superior a la de fase.

2.3

Efecto pelicular y de proximidad

En corriente alterna la distribución de corriente en los conductores no es uniforme, se acumula más carga en la periferia, dando lugar a un incremento en las pérdidas producidas y por lo tanto en la resistencia efectiva. Esto es debido a las fuerzas electromotrices que se inducen en el conductor por su propia corriente. Asimismo, cuando dos o más conductores van paralelos y próx imos entre sí, los campos creados por cada conductor modifican la distribución de densidad de corriente en los otros, lo que produce un aumento en la resistencia efectiva. Este fenómeno se conoce como efecto pelicular (también conocido como efecto Kelvin o efecto skin) y de proximidad, siendo directamente proporcional a la frecuencia (Hz) y al diámetro de los conductores. Como la frecuencia es un valor constante (50 Hz), los fabricantes de cables adoptan la solución de crear secciones grandes a base de pequeños hilos, reduciendo sensiblemente este efecto. Este efecto es apreciable en conductores de grandes secciones, especialmente si son macizos. Aumenta con la frecuencia, en aquellos conductores con cubierta metálica o si están arrollados en un núcleo ferromagnético o huecos. En frecuencias altas los electrones tienden a circular por la zona más externa del conductor, en forma de corona, en vez de hacerlo por toda su sección, con lo que, de hecho, disminuye la sección efectiva por la que circulan estos electrones aumentando la resistencia del conductor. Este fenómeno es muy perjudicial en las líneas de transmisión que conectan dispositivos de alta frecuencia (por ejemplo un transmisor de radio con su antena). Si la potencia es elevada se producirá una gran pérdida en la línea debido a la disipación de energía en la resistencia de la misma. También es muy negativo en el comportamiento de bobinas y transformadores para altas frecuencias, debido a que perjudica al factor Q de los circuitos resonantes al aumentar la resistencia respecto a la reactancia. Una forma de mitigar este efecto es la utilización en las líneas y en los inductores del denominado hilo de Litz, consistente en un cable formado por muchos conductores de pequeña 32


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sección aislados unos de otros y unidos solo en los extremos. De esta forma se consigue un aumento de la zona de conducción efectiva. La fuerza electromotriz (FEM) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de p roducir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. La densidad de corriente eléctrica se define como una magnitud vectorial que tiene unidades de corriente eléctrica por unidad de superficie, es decir, intensidad por unidad de área. El factor de calidad Q, es una medida de selectividad, es decir cuando un circuito tiene una calidad alta, si su frecuencia de resonancia se selecciona más estrecha mente.

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Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas 3.

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LÍNEAS AÉREAS

En general se llama línea aérea, al conjunto de conductores que transportan la energía eléctrica montada a cierta altura sobre el terreno. Estos conductores están soportados por crucetas u otro tipo de soporte debidamente aislado, y van montados sobre postes cuya misión primordial es mantener separados los conductores a una altura conveniente del terreno. Los postes se apoyan sobre el terreno por medio de cimentaciones. Al conjunto de postes, cimentaciones y soportes de los conductores, se les denomina apoyo. Los elementos esenciales que constituyen una línea aérea son:  Apoyos  Conductores

Vano, luz y flecha Se llama vano de una conducción aérea, a la distancia entre apoyo y apoyo (Figura. 3.1), esta distancia es medida en metros y se denomina luz. Se llama flecha (véase figura 3.1), a la distancia entre la línea del horizonte y el punto más bajo del conductor tensado

Figura 3.1. Vano y Flecha.

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Apoyo para líneas Aéreas Ya hemos dicho, que un apoyo para línea aérea está constituido de la siguiente forma:  Soportes de conductor  Poste  Cimentación

Los apoyos se pueden clasificar en:     

Apoyos de alineación, cuya función es solamente soportar los conductores y cables de tierra. Apoyos de ángulo, empleados para sustentar los conductores y cables de tierra en los vértices o ángulos que forma la línea en su trazado. Apoyos de anclaje, cuyo fin es proporcionar puntos firmes, en la línea, que impidan la destrucción total de la misma cuando por cualquier causa se rompa un conductor o apoyo. Apoyos de fin de línea, soportan las tensiones producidas por la línea; son su punto de anclaje de mayor resistencia. Apoyos especiales, cuya función es diferente a las enumeradas anteriormente; pueden ser, cruce sobre ferrocarril, vías fluviales, etc.

Postes Aunque las prescripciones oficiales establecen que los postes pueden ser de cualquier material, siempre que cumplan las condiciones debidas de seguridad. En la práctica, solamente se utilizan como materiales de construcción para postes los siguientes:  Madera  Acero  Hormigón

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Figura 3.2. Estructuras de media tensión.

Todas las líneas aéreas tienen que estar sostenidas a una distancia suficiente del suelo para impedir descargas a tierra y cortocircuitos, como también que se pongan en contacto los conductores con objetos en movimiento, animales o personas. La distancia mínima entre los conductores y el suelo, es generalmente de 7 metros, por lo menos en las líneas de baja tensión y de 9 a 12 metros en las líneas cuyo voltaje está comprendido entre 12KV y 66KV. Las alturas de los postes son de:  8.7m. 10m. 11.5m. 15m.

Los postes de 8.7m y 10m son usados en baja tensión para soportar las redes de distribución secundaria y todos los componentes que esta red necesita. Los postes de 11.50m son utilizados en las redes de media tensión, ya que su función es sostener las redes y equipos que componen esta distribución, además se aprovechan para sostener las redes de baja tensión. Los postes de 15m son usados para sostener las redes de madia tensión en lugares que la norma lo requiere, ej.: cruce de ferrocarril, carreteras, cruce con otras redes eléctricas de otras compañías de distribución eléctrica, etc .

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Para las diferentes medidas de postes, la excavación de empotramiento tiene una profundidad diferente, dada por la siguiente ecuación.

h = altura del poste p = profundidad

1  = ∙ℎ 6

Postes de Madera El campo de aplicación de este tipo de apoyos es casi exclusivamente en baja tensión y están en claro desuso, aunque es posible encontrar algún tipo de poste de madera en alguna línea de media tensión. Como ventajas podemos decir que son fáciles de transportar gracias a su ligereza y bajo precio en comparación con los postes de hormigón y los metálicos.

Figura 3.3. Poste de madera de baja tensión. A: vista en la calle. B: fisuras por descomposición de la madera.

Como desventajas se puede apuntar su vida media relativamente corta, suele ser de unos 10 años, la putrefacción es la mayor causa de deterioro, sobre todo en la parte inferior del poste, no se permiten grandes vanos y los esfuerzos en la cabeza y altura son limitados.

Figura 3.4. Poste de madera con transformadores. 37


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Postes metálicos El metal más utilizado en este tipo de postes es el acero de perfiles laminados en L, U, T, I, etc. Para unir los diferentes perfiles se utilizan remaches, tornillos, pernos e incluso en según el caso la soldadura. Se clasifican en:

Postes metálicos de presilla: Básicamente está constituido por dos tramos ensamblados por tornillos. Cada tramo está formado por 4 montantes angulares de ala iguales unidos entre sí por presillas soldadas de ahí el nombre. La cabeza o tramo superior tienen una longitud de 6m y la parte inferior se puede configurar con diferentes tramos para obtener alturas de 10, 12, 14, 18 y 20 m.

Figura 3.5. Poste metálico de presilla

Postes metálicos de celosía: este tipo de poste se emplea prácticamente en las altas tensiones, desde medias tensiones hasta muy altas tensiones. Sus formas y dimensiones dependerán de los esfuerzos a los que esté sometido, de la distancia entre postes y la tensión de la línea. Una celosía es una estructura reticular de barras rectas interconectadas en nudos formando triángulos planos (en celosías planas) o pirámides tridimensionales (en celosías espaciales). En muchos países se les conoce como armaduras. El interés de este tipo de estructuras es que las barras trabajan predominantemente a compresión y tracción presentando comparativamente flexiones pequeñas.

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Figura 3.6. Postes metálicos de celosía

Postes de Hormigón El hormigón es una composición formada por cemento, grava o piedra machacada, agua y arena que, convenientemente mezclada, fragua hasta adquirir una consistencia pétrea. La característica más importante del hormigón es su gran resistencia a la compresión. Normalmente se fabrican los siguientes postes:

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Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas 

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Poste de hormigón armado Este tipo de poste llevan en su interior un armazón de fierro que permite soportar esfuerzos mecánicos y es el que más se utiliza en redes de baja tensión. La ventaja principal de este tipo de postes es su duración ilimitada además de no necesitar mantenimiento. El mayor inconveniente es el precio con respecto a los postes de madera y que al ser más pesados se incrementan los gastos en el transporte



Poste de hormigón vibrado Con la finalidad de mejorar las cualidades del hormigón armado se fabrican este tipo de postes. Suelen tener una altura entre los 7 y 18 m y su sección es rectangular o en forma de doble T. La principal ventaja (que hace que sean los más utilizados) de este tipo de postes es que se puede fabricar en el lugar de su implantación y así ahorrarse los gastos en transportes.



Poste de hormigón centrifugado Este tipo de postes se emplea desde electrificaciones en ferrocarriles, en líneas rurales en baja tensión y alta tensión incluidas líneas de 220 KV, mástiles para alumbrado exterior (en el reglamento antiguo llamado alumbrado público), además en combinación con varios postes se pueden realizar configuraciones de apoyos en ángulo, derivación, anclaje, etc. No son empleados en lugares de difícil acceso precisamente porque su fabricación no puede realizarse en talleres provisionales.



Poste de hormigón pretensado Este tipo de postes cada vez es más utilizado ya que su precio resulta mucho más económico que los del hormigón corriente.

Soporte del conductor Antivibratorios Para reducir la vibración de los conductores en las líneas se utilizan elementos antivibratorios:  Varillas de armar, son un conjunto de varillas redondas arrolladas en espiral sobre una porción

del conductor.  Amortiguadores, que consisten en unos contrapesos sujetos al conductor.

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Figura 3.7. Varilla de armar – Amortiguador Stock Bridge

Aisladores Cumplen la función de mantener separados de tierra las partes en tensión de las construcciones. Los materiales que se utilizan son porcelana y materiales sintéticos. La porcelana contrariamente a lo que se piensa es muy sólida y resiste en modo excelente las solicitaciones que se presentan. Actualmente los aisladores de soporte han tomado forma de cilindro (aleteado para resistir la contaminación). En los extremos se cementan piezas metálicas con el objeto de fijar el aislador al resto del equipo, o a la estructura. Para la aplicación son de importancia sus características mecánicas, ya que los aisladores están exigidos por:    

Esfuerzos de cortocircuito Esfuerzos sísmicos Presión del viento Cargas de operación (cuando usados en equipos con movimientos)

Estas cargas presentan valores normales, valores excepcionales, y en algunos casos se deben considerar compuestas. Sirven de apoyo y soporte a los conductores, al mismo tiempo que los mantienen aislados de tierra. El material más utilizado para los aisladores es la porcelana, el vidrio y materiales sintéticos como resinas epoxi. De una manera general los aisladores se pueden clasificar en: 

Aisladores fijos: unidos al soporte por un herraje fijo y no pueden, por consiguiente, cambiar normalmente de posición después de su montaje.

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Figura 3.8. Aislador fijo



Aisladores en cadena: constituidos por un número variable de elementos según la tensión de servicio; formando una cadena móvil alrededor de su punto de unión al soporte. Este es el tipo de aislador más empleado en media y en alta tensión.

Figura 3.9. Aislador en cadena

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Herrajes Son los soportes de los aisladores, construidos de acero galvanizado, que sujean el aislador a la cruceta. En cables trenzados los herrajes som ganchos de acero galvanizado para amarre o suspensión de haz de apoyo. La sujeción del herraje se realiza según el tipo de aislador. 

Aislador fijo, se une al herraje mediante yeso o cemento, en líneas de media tensión y baja tensión. Este tipo de aislador está en desuso.  Aislador de suspesión, se une al herraje mediante horquilla de bola y al conductor mediante rótula, que sostiene la grapa de amarre o de suspensión.

Figura 3.10. Tipos de Herraje

Crucetas En lo que a soportes de conductores se refiere, cuando son pocos los aisladores que han de montarse en un poste, se sujetan a él directamente por medio de elementos adecuados. Si el número de aisladores es grande, se montan en un elemento especial, generalmente en forma de brazo horizontal denominado cruceta. Las crucetas según los casos, pueden ser también de madera, hormigón o metálicas, sin que necesariamente el poste esté construido del mismo material que ésta; así por ejemplo, hay postes de madera con crucetas de madera o crucetas metálicas, postes de hormigón con crucetas de hormigón o crucetas metálicas, etc.

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Figura 3.11. Crucetas.

Las prescripciones oficiales establecen que para el diseño constructivo de los apoyos, habrá que tener en cuenta la accesibilidad de todas sus partes por el personal especializado, de forma que pueda efectuarse la inspección y conservación de todos los elementos estructurales que constituyen el apoyo. Debe evitarse también la existencia de cualquier tipo de cavidades en las que pueda acumularse el agua de lluvia.

Diferentes tipos de crucetas  Semicruceta atirantada.  Cruceta bóveda.  Cruceta tresbolillo tipo canadiense.

Semicrucetas atirantadas Se utilizará en los apoyos metálicos de celosía, bien en triángulo en líneas existentes o con aparamenta, o en tresbolillo en líneas de nueva construcción tanto si son de circuito simple o doble. Se utilizarán para apoyos de cualquier función: alineación, ángulo, anclaje o fin de línea. El montaje 0 se realizará como se propone en la Figura 3.12, El doble circuito se realizará utilizando como base la figura 3.13, acoplando semicrucetas simétricamente.

Figura 3.12. Semicrucetas atirantadas Montaje 0 44


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Figura 3.13. Semicrucetas atirantadas Montaje doble circuito

Cruceta bóveda Las crucetas tipo bóveda se utilizará en apoyos de celosía, hormigón y chapa plegada en apoyos con función de alineación o ángulo con las limitaciones que se derivan de los cálculos mecánicos de los apoyos, también en apoyos de madera únicamente en alineación. Las crucetas tipo BH se utilizarán únicamente en apoyos de hormigón, chapa plegada y madera, las del tipo BC se utilizarán en apoyos de celosía.

Figura 3.14. Crucetas tipo bóveda 45


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Cruceta tresbolillo tipo canadiense Las crucetas tipo canadiense se utilizará en apoyos de hormigón y chapa plegada, en apoyos con función de alineación o ángulo, con las limitaciones derivadas de los cálculos mecánicos de los apoyos. También se utilizarán en apoyos de madera, cuando excepcionalmente éstos se coloquen. Estas crucetas están diseñadas como disuasorias de la posada de aves. Existen dos tipos de cruceta, simple para apoyos de alineación con conductor en suspensión y doble para apoyos de ángulo y cruce con conductor en amarre. Ésta última se usará con las limitaciones que puedan derivarse del cálculo.

Figura 3.15. Crucetas tipo canadiense

Designación de los postes Un conjunto de letras nos dicen: Tabla 3.1. Nomenclatura de designación del tipo de material del poste.

Aplicación del tipo de poste en función de la tensión de la red

Tabla 3.2. Distancia del vano1, poste y tensión del tendido. 46


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Figura 3.16. Diferentes tipos de postes de madera. Utilizados en baja tensión y poco a poco sustituidos por líneas subterráneas o por apoyos de hormigón.

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Figura 3.17. Diferentes tipos de apoyos de hormigón utilizados tanto en alumbrado exterior, baja tensión y media tensión.

Los conductores Los conductores son siempre desnudos. Pueden ser hilos de cobre reunidos formando cuerda o hilos de aluminio con refuerzo de acero. Estos últimos se prefieren por ser más ligeros y económicos. Al igual que las placas de un condensador, los conductores de una línea mantienen la carga al desconectar la fuente de tensión. Para prevenir accidentes graves, antes de trabajar sobre una línea en vacío, ésta debe ponerse a tierra, por lo cual se colocan interruptores adecuados de puesta a tierra. En la parte más alta de la torre, se ponen conductores desnudos, llamados de guardia o guarda , que sirven para apantallar la línea e interceptar los rayos antes que alcancen los conductores activos situados debajo. Esos hilos de guarda no conducen corriente, por lo que normalmente se hacen de acero y se conectan solidariamente a tierra en cada una de las torres. Las torres se conectan solidariamente a tierra. Cuando un rayo cae sobre la torre, o el cable de guarda, la corriente del rayo puede descargarse rápidamente a tierra sin llegar a producir arcos en la cadena de aisladores.

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Disposición y separación de conductores En la medida de lo posible los conductores de las líneas aéreas se disponen de tal manera que sus secciones formen los vértices de un triángulo equilátero, de esta manera la caída de tensión inductiva es la misma para los tres conductores, pero también se suele usar la disposición en un mismo plano. Por otra parte, es frecuente la instalación en los apoyos de dos circuitos, o más, y que cada fase esté constituida por más de un conductor (conductor en haz).

Según cual sea el tipo de cruceta elegida y él número de circuitos de la línea, los conductores adoptarán las siguientes disposiciones:   

Triángulo o Montaje Cero Tresbolillo Doble circuito

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Esfuerzos a que están sometidos los apoyos para líneas aéreas Los apoyos para líneas aéreas están sometidos a diferentes clases de esfuerzos, resumidos de la siguiente manera.  Esfuerzos Verticales: se deben principalmente al peso de los conductores que soporta el

apoyo, figura 3.18, pueden ser sólo conductores desnudos o terrenos altos. Ha de tener en cuenta el peso del hielo que se forma sobre los conductores.

Figura 3.18. Esfuerzos verticales sobre (alineación, amarre, ángulo debidos al viento sobre un apoyo, principio de línea).

 Esfuerzos Transversales: pueden deberse a dos causas principales: a) Acción del viento

sobre los apoyos figura. 3.19. b) Acción resultante de las tracciones de los conductores cuando éstos no están instalados paralelamente, sino formando ángulo figura. 3.20.

Figura 3.19. Esfuerzos transversales de un apoyo (alineación, amarre, ángulo, principio de línea). 52


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Figura 3.20. Esfuerzos transversales debidos a la tracción de los conductores, sobre un apoyo de ángulo.



Esfuerzos longitudinales, provocados sobre todo en los apoyos de principio o de final de línea (figura 3.21) por la tracción longitudinal de los conductores o, en otros casos, por rotura de los conductores que soporta el apoyo.

Figura 3.21. Esfuerzos longitudinales debidos a la tracción de los conductores, sobre un apoyo de principio de línea.

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Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas 4.

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EMPALMES

En las líneas eléctricas aéreas, tienen gran importancia los empalmes, que es la unión de conductores que asegura la unión eléctrica, y además, las condiciones mecánicas (esfuerzos de tracción principalmente) de ambos conductores; es decir, que no se trata de unir simplemente dos conductores sueltos, sino de conseguir que los conductores empalmados funcionen en lo posible como si no existiera tal unión. Por otro lado, y como ya sabemos, los conductores utilizados en las líneas eléctricas aéreas, están sometidos normalmente a esfuerzos mecánicos de tracción, de compresión y flexión; entre otros, y en los empalmes se han de asegurar que las propiedades mecánicas de los conductores no queden modificadas.

Diferencia entre empalme y conexión Se denomina empalme, a la unión de conductores que asegura su continuidad eléctrica, mecánica; y conexión a la unión de conductores que asegura su continuidad eléctrica con una resistencia mecánica reducida; es decir, que se realizará un empalme cuando el conductor de línea esté sometido a tensión mecánica y se realizará una conexión cuando este conductor no esté sometido a tensión mecánica. La técnica de los empalmes es muy diferente a la de las conexiones, precisamente porque en la primera han de conservarse en lo posible las cualidades mecánicas de los conductores, lo que no es necesario en el caso de conexiones. Claro está, que en ambos casos, empalmes y conexiones deben conservarse íntegramente las cualidades eléctricas de los conductores unidos; es decir, que, tanto el empalme como la conexión, no deben aumentar la resistencia eléctrica del conductor. Los empalmes deberán soportar sin rotura ni deslizamiento del cable o alambre por lo menos el 90 % de la carga de rotura del cable empalmado. Las conexiones tal como se han definido, deberán tener una resistencia al deslizamiento de, por lo menos el 20 % de la carga de rotura del conductor. Estas conexiones solamente podrán realizarse como hemos dicho anteriormente, en conductores sin tensión mecánica, por ejemplo: en las derivaciones y acometidas a los usuarios o en las uniones de conductores realizadas en el bucle entre cadenas horizontales de un apoyo de anclaje. Está prohibido realizar más de un empalme por vano y conductor, solamente se consiente la instalación de dos empalmes en caso de reparación de una avería, y esto con carácter de provisional hasta que la avería está subsanada. Cuando el empalme o la conexión se realicen entre conductores de distinta sección o naturaleza, es necesario que la unión se realice en el puente de conexión de las cadenas horizontales de anclaje. Está prohibida la ejecución de empalmes en conductores por soldadura a tope de éstos. Finalmente, las prescripciones reglamentarias establecen que las piezas que constituyen los empalmes y conexiones, serán de diseño y naturaleza adecuados, de forma que se eviten los efectos 54


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electrolíticos si los hubiere. Por ejemplo, en caso de uniones mixtas aluminio – cobre y deberán tomarse las precauciones necesarias para que las superficies en contacto no sufran oxidación. En los cables de media tensión el empalme se realiza mediante un manguito de unión por engastado. Se utiliza manguito de acero para unir el cable de acero y después se coloca el manguito exterior de aluminio.

En baja tensión los empalmes se pueden realizar mediante uso de manguitos engastados (compresión o punzonado), uniones de compresión mecánicas mediante tornillos, o manguitos termorretráctiles cuando haya aislamiento.

Conexiones y derivaciones Hemos de recordar una vez más, que las conexiones aseguran la continuidad eléctrica de una línea eléctrica, pero que a diferencia de los empalmes, no pueden estar sometidos a esfuerzos mecánicos de ningún tipo (tracción, flexión, etc.). En las líneas eléctricas aéreas son más numerosas las conexiones que los empalmes. Los conductores más utilizados en las líneas eléctricas aéreas son de aluminio. Naturalmente el empleo de estos conductores está justificado por razones técnicas y convenientemente reglamentadas. Los conductores utilizados casi exclusivamente en las instalaciones interiores son de cobre y reglamentariamente, están prohibidos los conductores de aluminio en estas instalaciones. Esto quiere decir que, necesariamente en las acometidas para instalaciones interiores, a partir de líneas aéreas, tienen que existir conexiones aluminio-cobre que en muchos aspectos se convierten en el principal problema que es el de las interacciones electroquímicas cobre-aluminio. Se trata de dos metales de distinta resistividad por lo que, cuando están en contacto directo, constituyen una pila 55


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eléctrica con intercambio iónico entre ambos metales y la consiguiente corrosión electrolítica. Éste será aún por algunos años el principal problema de las conexiones de líneas aéreas. . En cualquier línea aérea son bastante más numerosas las conexiones que los empalmes, ya que corresponden a las derivaciones en distribuciones rurales o urbanas; es decir, al enlace entre las líneas generales de distribución y las acometidas de los usuarios. Las derivaciones en los cables de aluminio y acero se realizan mediante conector a presión o mediante grapa que une por compresión mecánica por medio de tornillos.

Para realizar estas derivaciones, se emplean muy variadas formas y tipos de conexiones. Vamos a intentar una clasificación de ellas: 1. Según la naturaleza de los conductores que deben conectar:    

Conexiones para conductores de cobre Conexiones para conductores de aluminio Conexiones para conductores de aleaciones de aluminio Conexiones para conductores de aluminio o con sus aleaciones y cobre (conexión aluminio - cobre).

2. Según la forma de realizar las conexiones:  Conexiones sencillas  Conexiones de Manguitos o camisas  Conexiones de bridas o conectores

3. Según el modo de instalación:  Conexiones desmontables después de su instalación  Conexiones no desmontables después de su instalación

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Tendido de los conductores El tendido de conductores comprende en realidad dos operaciones: el desenrollado de los conductores y su elevación a los postes correspondientes. El desenrollado de los conductores puede realizarse de dos formas:  Por desplazamiento de la devanadera, o de la bobina a lo largo de la línea.  Fijando la devanadora o la bobina y tirando del conductor.

El primer procedimiento se emplea para pequeñas secciones de conductor, y cuando la trayectoria de la línea sigue una carretera o terrenos pocos accidentados, se coloca la bobina sobre un vehículo que se desplaza a lo largo de la línea, depositando el conductor sobre el suelo. Cuando el conductor está totalmente desenrollado, los maestros linieros escalan sucesivamente todos los apoyos y por medio de la denominada cuerda de servicio (o mensajero) izan el conductor (fig. 6).

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Si el conductor es de cobre, se puede fijar provisionalmente al apoyo mediante ataduras sobre los soportes de aisladores (fig. 7), pero resulta más conveniente colocarlo sobre poleas de guía (Fig. 8), montadas sobre cojinetes de bolas y suspendidas de los soportes o crucetas. Estas poleas deben tener una garganta profunda para que el conductor sea conducido con seguridad y deben estar construidas de material más blando que el cable para no dañarlo; por ejemplo, de aluminio o fibra. Si el conductor es de aluminio, se hace necesaria su fijación por medio de las poleas de guía citadas anteriormente, pues de lo contrario, el aluminio podría dañarse con el roce.

El desenrollado de los conductores con la devanadera o la bobina fija, requiere sujetar estos elementos al suelo. La tracción del cable o alambre se efectúa por un equipo de maestros linieros. A continuación explicaremos las sucesivas fases del desenrollado de un cable utilizando dos procedimientos: por tracción humana y mediante cable de tracción. Para el desenrollado por tracción humana, se sitúa primero el carrete o bobina, colocándolo en alineación con los postes y allanando previamente el terreno donde van a situarse los caballetes, luego se suspende el carrete, introduciendo el eje de acero por el orificio de éste y colocando un gato a cada lado del carrete, procurando centrar los soportes con el eje del carrete. Se accionan los gatos hasta que el carrete quede suspendido a unos 6 centímetros del suelo, procurando levantar ambos soportes a la vez. Posteriormente se suelta el extremo del cable, quitando con el alicate la grapa que sujeta el extremo del carrete, se desenrolla 2 ó 3 vueltas, comprobando si el carrete gira sin dificultad. De esta forma, queda el cable preparado para su tendido. Se ata el extremo del cable con una cuerda, tal como se expresa en la figura 9, ya que la cuerda se adapta mejor a las manos y no resbala sobre éstas. Se tira del otro extremo de la cuerda, desenrollando el cable del carrete hasta llegar al centro del vano del primer poste. Un maestro sube el poste con ayuda de las trepaderas y luego de estrobarse al poste, iza las poleas de guía con 58


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ayuda del mensajero (o cuerda de servicio). En cada soporte de aislador, coloca una de estas poleas y procede a izar el conductor con ayuda del mensajero, introduciéndolo en la garganta de la polea de guía (fig. 10).

Para evitar que el cable se arrastre por el suelo cada vez que los maestros encargados de llevar el cable llegan a un vano entre postes, se procede a izar el cable en el poste correspondiente. El procedimiento de tendido que hemos explicado, se emplea para cables de pequeña sección. Si los conductores son de gran sección, se utiliza el tendido mediante cable de tracción que describiremos a continuación. Por lo general, se utiliza un cabrestante accionado manualmente o a motor situado en el extremo de la línea, en el otro extremo se sitúa la bobina del cable con el dispositivo de freno correspondiente. En el cabrestante se arrolla un cable auxiliar de acero de 8 a 10 cms. de diámetro, denominado cable de tracción. Dispuestos así los elementos de tendido, veamos cómo se efectúa con ayuda de la figura 11 en la que se han dibujado esquemáticamente las sucesivas operaciones que se realizan. En la figura 11 a, están dispuestos los elementos de tendido en su posición inicial, marcándose la bobina del cable con su dispositivo de frenado, los postes, las poleas de guía y el cabrestante. En la figura 11 b, se muestra una fase del tendido del cable de tracción. Este tendido se efectúa a mano, haciendo pasar sucesivamente el cable por todas las poleas de guía, de forma análoga a la explicada en los párrafos anteriores para el tendido de los conductores por tracción humana. En la figura 11 c, se ha terminado el tendido del cable de tracción y éste se une al cable conductor (el que se ha hecho pasar previamente por el dispositivo de frenado) por medio de un manguito tracción de muy diferentes formas y que en lenguaje de electricistas se denomina, calcetín o media de tracción.

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

En la figura 12, se han presentado dos modelos de manguitos de tracción, en el modelo A se enlaza un alambre de hierro galvanizado alrededor del cable, de forma que cuando más se tire, más agarra el alambre al cable.

En el modelo B, el manguito está formado por espirales flexibles de acero que pueden pasarse sin dificultad sobre el cable, pero que ejercen un agarre eficaz en cuanto se ejerce tracción sobre el cable. El manguito se une al cable de tracción por el extremo suelto. na vez empalmados los dos cables, el de tracción y el conductor, se pone en marcha el cabrestante y se procede al tendido del cable conductor tal como indica la figura 11 d, accionando el dispositivo de frenado cuando sea preciso, con objeto de que el cable conductor no quede demasiado tenso o no toque el suelo.

En la figura 11 e, se ha terminado el tendido del cable conductor. En este momento se fija el conductor al poste de final de línea, rematándolo al aislador correspondiente y finalmente se suelta el cable de tracción. Se repite esta operación tantas veces cuantos sean los conductores que deban tensarse. Si los soportes o crucetas están dispuestos en varios planos, se tienden primero los conductores que deben fijarse en los planos superiores. 60


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




Tensado de conductores Una vez realizado el tendido de los conductores, puede procederse a su tensado. Esta operación requiere una cuidadosa ejecución, ya que un exceso de tensado disminuye la seguridad de la línea por el peligro de la rotura de los conductores y por el contrario, un tensado insuficiente requeriría mayor altura de postes al ser mayor la flecha y podría provocar el contacto entre conductores por la acción del viento, los conductores se tensarán hasta que alcancen la flecha debida. Cuando se hayan de tender varios conductores del mismo material y sección, se comienza por tensar uno de ellos, y a los restantes se les da a ojo la misma flecha. Si los conductores son de distinto material y sección, se comienza por tensar el más grueso y a los demás se les da la misma flecha, también a ojo. Para el tensado de los conductores, se utilizan tecles de cadena de eslabón o cordel, en uno de los extremos de los tecles se instala una mordaza especial llamada tira-cable para aprisionar el conductor mientras se realiza la operación de tensado.

Para iniciar el tensado, se ha de hacer previamente el amarre del conductor en el aislador de principio de línea, el poste tomado como principio de línea debe arrastrarse ya que al tirar del conductor con la trócola o el tecle, este poste soporta toda la tracción de la línea. Luego, a una distancia de 15 metros del poste y en prolongación con éste, se clava un puntero (estaca) en el terreno (Figura 17), introduciéndolo 50 centímetros por medio de un martillo. Al puntero se le da una inclinación al lado contrario de la línea para evitar que al tensar se deslice la trócola o el tecle hacia arriba y se suelte.

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

A continuación, se fija la trócola o el tecle al puntero mediante una ligadura o estrobo (fig. 18) que se sitúa en el puntero o estaca a nivel del suelo para que el puntero haga menos palanca al tensar y resista mejor la tracción. Se enganchan los bucles del estrobo con el gancho de la trócola o el tecle por el lado que no tiene la cuerda suelta y se tira del otro gancho de la trócola extendiéndola todo lo que la cuerda dé para conseguir el tensado suficiente de una sola vez. Si es necesario, se monta un dinamómetro en el gancho libre de la trócola o el tecle para medir la tensión mecánica a que se somete el conductor, en la mayoría de los casos no es necesario el montaje de este instrumento, pues el tensado se regula por la flecha de los conductores. El conjunto estrobo-trócola o estrobotecle y, en su caso, dinamómetro, se orienta hacia el poste correspondiente y se procede a instalar el tiracables al conductor, tirando de éste a mano cuanto sea posible en dirección al puntero (fig. 19) y colocando el tiracables en el conductor en el punto exacto donde alcance el gancho de la trócola o tecle (o, en su caso el gancho del dinamómetro). Se aprieta la mordaza del tiracables sobre el conductor con unos ligeros golpes de martillo en caso necesario, y se engancha la anilla del tiracables al gancho de la trócola o tecle (o del dinamómetro). El conjunto tal como se representa en la figura 20, está preparado para el tensado, para ello se tira de la cuerda suelta de la trócola hasta que el dinamómetro marque la tensión adecuada o hasta que la flecha sea la correcta, procediendo entonces al amarre del conductor sobre el aislador correspondiente.

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

Esta operación de tensado debe realizarse por término medio, cada 6 postes de alineación y en todos los postes amarre o de cambio de dirección. Si el tensado de los conductores se ha de realizar sobre soportes o crucetas, por lo general no pueden clavarse los punteros en las calles, y entonces la trócola o el tecle se sujeta en los soportes o postes por medio de estrobos (fig.21).

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

Previamente se coloca la escalera en el poste en cual se va a efectuar el tensado, subiendo después el tecle y el tiracables por medio del cordel mensajero. Se amarra la línea al cordel mensajero y los ayudantes tensan la línea a mano, luego el maestro instala el tecle y procede al tensado del conductor hasta que la flecha del conductor tenga la altura correcta. Se efectúa el remate del conductor al aislador.

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CÁLCULO MECÁNICO Un cable que cuelga bajo la acción de su propio peso P L está sometido a fuerzas de tracción dirigidas según la tangente a la curva que forma. Considerando un trozo de cable desde el punto más bajo de la curva C hasta otro punto D.

La tensión en C es una fuerza horizontal T y en D una fuerza TD tangente al cable en ese punto. Como el trozo de cable está en equilibrio, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él es nula. De aquí se obtienen las siguientes relaciones: Aplicando el Teorema de Pitágoras tenemos:

T D2  T 2  P L

2

T D cos   T T D sen

tan  



P L

P L

T De estas relaciones se establece que la tensión horizontal es constante en todos los puntos, y que la tensión TD es mínima en el punto más bajo y máxima en uno de los dos soportes. El cable que cuelga por su propio peso está sometido a una carga distribuida a lo largo de una línea horizontal designado por P el peso por unidad de longitud y tomado en el origen en uno de los ejes de coordenadas en el punto más bajo C del cable.

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La carga total que soporta el cable entre C y el otro punto D de coordenadas (x,y) es P L  P  x Las siguientes relaciones definen la tensión y su dirección en D. P  x tan   T D  T 2  ( P  x) 2 T Como la porción del cable está en equilibrio, la suma de los momentos de las fuerzas que actúan sobre él, respecto a un punto debe ser cero. Tomando momentos respecto al punto DQ: x x 2 P  x  T  y  0 y  P  2 2  T

Ésta es la ecuación de una parábola de eje vertical con vértice en el origen de coordenadas. Planteamiento de la ecuación de la flecha Un conductor de peso uniforme, sujeto entre dos apoyos por los puntos A y B situados a la misma altura, forma una curva llamada catenaria. La distancia f entre el punto más bajo situado en el centro de la curva y la recta AB, que une los apoyos, recibe el nombre de flecha. Se llama vano a la distancia "a" entre los dos puntos de amarre A y B.

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

Los postes deberán soportar las tensiones T A y T B que ejerce el conductor en los puntos de amarre. La tensión T = TA = TB dependerá de la longitud del vano, del peso del conductor, de la temperatura y de las condiciones atmosféricas. Para vanos de hasta unos 500 metros y 10% de desnivel, podemos equipararla forma de la catenaria a la de una parábola, lo cual ahorra unos complejos cálculos matemáticos, obteniendo, sin embargo, una exactitud suficiente.

y  f  x 

a 2

; Por lo tanto

al sustituir queda:

f 

Pa

2

8 T

P: Peso del conductor a: Luz horizontal del vano T: Tensión horizontal, que permanece constante en cualquier punto de la curva del conductor e igual a la tensión del punto más bajo. Referente a TA , podemos decir que esta tensión no debe sobrepasar nunca el valor de la carga de rotura del conductor Q , pues de lo contrario se rompería: Q   S

Siendo  el coeficiente de resistencia a la tracción del conductor utilizado y S la sección del mismo. Puesto que un conductor no debe trabajar nunca en condiciones próximas a las de rotura, se deberá admitir un cierto coeficiente de seguridad n tal que: T A max 

 S

n



Q n

El Reglamento de Líneas de Alta Tensión admite coeficientes de seguridad mínimos de 2,5 y en algunos casos obliga que sea del orden de 5 ó 6. Longitud del conductor

Dada la flecha que se produce en un vano, la longitud del conductor no es igual a la distancia entre los postes. Por lo tanto, para hallar el valor exacto del conductor empleado, obtendremos la expresión de la longitud del conductor en un vano, en función de la flecha y de la distancia entre los postes. La longitud total del conductor queda:

L  a 

8  f 2 8  T 73

a

P 2 a 3 24T 2




En vanos con apoyos situados a distinto nivel con luz horizontal a y distancia entre los apoyos b, la flecha en el centro del vano se calcula con suficiente aproximación con la relación:

f 

Pab 8 T

Acciones sobre los conductores

Para efectuar el cálculo mecánico de un conductor es fundamental conocer cuáles son las fuerzas que actúan sobre el mismo. En principio, se puede pensar que la única fuerza que actúa sobre el conductor es la fuerza de tensado, pero es necesario tener presente que ésta es la consecuencia equilibradora de las demás acciones, ya que, si el conductor estuviera en el suelo, la tensión para mantenerlo recto sería nula. De esta forma se ve que es el peso de un conductor el que crea la tensión a la que está sometido. Así pues, el primer dato que debe considerarse es su propio peso, pero además existirán acciones importantes debidas a las inclemencias atmosféricas (hielo, frío, calor o viento). El estudio de las acciones sobre los conductores se divide en tres zonas según la altitud.

ZONA A

0 a 499 m. de altitud

ZONA B

500 a 1000 m. de altitud

ZONA C

Más de 1000 m. de altitud

Acción del peso propio Como hemos admitido en apartados anteriores, la curva que forma el conductor es una parábola y la ecuación que relaciona la flecha con la tensión es: f 

Pa 2 8T

La longitud del conductor es

L  a 

8 f

2

3a

L  a 

P 2 a 3 24 T 2

En esta fórmula vemos la relación existente entre el peso unitario por unidad de longitud y la tensión a la que está sometido. Acción del viento

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

Se puede decir que la fuerza ejercida por el viento sobre un cuerpo es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad del viento y a la superficie expuesta. La constante K depende de la forma geométrica y de la posición relativa del obstáculo respecto a la dirección del viento. F  kv 2 S

Siendo:    

F: Fuerza total ejercida sobre el cuerpo (kg): dirección v. k: Constante. v: Velocidad del viento (km/h). S: Superficie recta que presenta el objeto (m²).

Por ejemplo, para una superficie plana la constante k vale 0,007, pero si la superficie expuesta al viento tiene cierta forma aerodinámica, como puede ser un conductor eléctrico de forma cilíndrica, habrá que aplicar ciertos coeficientes de corrección que modifiquen dicho valor. Así, para conductores de diámetro igual o inferior a 16 mm., el coeficiente de corrección resulta ser 0,6, por lo tanto tendremos: k = 0,007



0,6 *D para D  16 mm.

Cuando el diámetro sea superior a 16 mm., el coeficiente de corrección resulta ser de 0,5, por lo tanto: k = 0,007 0,5D para

D  16 mm.

Mejor que trabajar con la fuerza total es emplear la fuerza por unidad de longitud, y teniendo en cuenta que la superficie expuesta del conductor es igual al producto de su diámetro (D) por su longitud (L), nos queda: F L



2

kv S

 Pv  acción _ viento  kv 2

L

diametro * L L

Llamando PV a la fuerza que ejerce el viento por unidad de longitud queda:

Pv  acción _ viento  kv D 2

En donde: * PV : Fuerza por unidad de longitud (daN/m) * D: Diámetro del conductor (m.) * k: Constante. * v: Velocidad del viento (km/h.)

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

El Reglamento hace referencia a velocidades máximas del viento de 120 km/h., por lo tanto tendremos que:

Pv  0 , 007  0 , 6  120

2

D

Pv  0 , 007  0 , 5  120

2

1000 D

1000

 0 , 06  D  D  16 mm

 0 , 05  D  D  16 mm

Por lo tanto la fuerza del viento en cualquier zona (A, B o C) es:

FUERZA DEL VIENTO POR UNIDAD DE LONGITUD DIAMETRO

PV (daN/m) D (mm.)

D  16 mm.

PV = 0,06 D

D  16 mm.

PV = 0,05 D

El viento actúa de forma horizontal, mientras que el peso del conductor lo hace verticalmente. Por lo cual debemos componer ambas fuerzas: Pv

Viento P

PT

La resultante PT es el peso total por unidad de longitud en un conductor sometido a la acción del viento: P T  P 2  Pv 2

Acción del hielo

El hielo que se puede formar alrededor del conductor hace aumentar considerablemente el peso del mismo, por lo que se eleva la tensión, pudiendo llegar a la rotura. Por estos motivos el Reglamento considera diversos manguitos de hielo según la zona en la que está instalada la línea. En la zona A, entre 0 y 500 metros de altitud, no se considera la formación de hielo. En la zona B, entre 500 y 1000 metros, la fuerza del manguito por unidad de longitud PH (kg/m) es: P H  0.18 D D en mm 76




En la zona C con una altitud de más de 1000 metros tenemos: P H  0.36 D D en mm

Podemos construir una tabla con los datos anteriores: PESO DEL HIELO POR UNIDAD DE LONGITUD ZONA

P H  0  D (daN/m)

B

P H  0.18 D

C

P H  0.36 D

D(mm)

El hielo actúa de forma vertical, por lo que se suma al peso propio del conductor: PT = P + P H Acción de la temperatura

Debido a los cambios de temperatura, el conductor se dilata o se contrae. Esto origina variaciones en la tensión y en la flecha, que aunque no son muy importantes en vanos de pequeña longitud, deberemos tenerlas en cuenta en el cálculo mecánico. Como la dilatación es lineal responde a la fórmula: L1

 L 0

 1   t 

En donde: * LO: Longitud del cable a cero grados (m). * L1: Longitud a la temperatura t (m). -1 * : coeficiente de dilatación lineal ( ºC ). * t: temperatura considerada (ºC). Para hallar la variación de la longitud entre dos temperaturas diferentes t1 y t2 haremos: L1

 L 2 

L 0

 1   t 1   L 0 1   t 2   L 0  t 1  t 2 

Acción de la e lasticidad

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

Cuando un conductor está sometido a una determinada tensión, se produce un alargamiento de su longitud que responde a la ley de Hooke. Llamando ε al alargamiento elástico producido por un kilogramo, sobre un conductor de un metro de longitud y un milímetro cuadrado de sección, tendremos que en general, el alargamiento producido por una tensión T 1 o T2 sobre un conductor de longitud L O y sección S será: T  T     T  T 2  L1  L0  1   1   L2  L0  1   1   L1  L2   L0  1  S S S       y siendo el llamado módulo de elasticidad E = 1/ , tendremos:

E 

 T  T   L1  L2  L0  1 2    ES  1

Ecuación que nos permite saber la variación de longitud del cable cuando está sometido a una variación de tensión, T1, T2.

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Unidad II Líneas Eléctricas Aéreas y Subterráneas ECUACIÓN DEL CAMBIO DE CONDICIONES

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Cr uzamientos A cont inuación se f ijan, para cada uno de los casos indicados , las condiciones que deben responder los cruzamient os de cables sub t erráneos de baja t ensión direc t amen t e en t errados

Pero antes es necesario comentar algunas condiciones generales para cruzamiento, proximidades y paralelismo: Los cables subterráneos, cuando estén enterrados directamente en el terreno, deberán cumplir, además de los requisitos reseñados en este apartado (y el siguiente, para proximidades y paralelismos), las condiciones que pudieran imponer otros Organismos Competentes, como consecuencia de disposiciones legales, cuando sus instalaciones fueran afectadas por tendidos de cables subterráneos de baja tensión. Los requisitos señalados en este apartado (y el siguiente, para proximidades y paralelismos) no serán de aplicación a cables dispuestos en galerías, en canales, en bandejas, en soportes, en palomillas o directamente sujetos a la pared. En estos casos, la disposición de los cables se hará a criterio de la empresa que los explote; sin embargo, para establecer las intensidades admisibles en dichos cables sí se deberán aplicar los factores de corrección definidos en el apartado correspondiente. Para cruzar zonas en las que no sea posible o suponga graves inconvenientes y dificultades la apertura de zanjas (cruces de ferrocarriles, carreteras con gran densidad de circulación, etc.), pueden utilizarse máquinas perforadoras "topo" de tipo impacto, hincadora de tuberías o taladradora de barrena. En estos casos se prescindirá del diseño de zanja descrito anteriormente puesto que se utiliza el proceso de perforación que se considere más adecuado. Su instalación precisa zonas amplias despejadas a ambos lados del obstáculo aatravesar para la ubicación de la maquinaria. 1.-Calles y carre t eras Los cables se colocarán en el interior de tubos protectores conf orme con lo establecido en la ITC-BT-21, recubier tos de hormigón en toda su longitud a una prof undidad mínima de 0,80 m. Siempre que sea posible, el cruce se hará perpendicular al eje del vial.

2.-Ferrocarriles Los cables se colocarán en el interior de tubos protectores conforme con lo establecidoen la ITC-BT97




21, recubiertos de hormigón y siempre que sea posible, perpendiculares ala vía, y a una profundidad mínima de 1,3 m respecto a la cara inferior de la traviesa. Dichos tubos rebasarán las vías férreas en 1,5 m por cada extremo.

3.-Otros cables de energía eléctrica Siempre que sea posible, se procurará que los cables BT discurran por encima de los de AT. La distancia mínima entre un cable de baja tensión y otros cables de energía eléctrica será: 0,25 m con cables de alta tensión y 0,10 m con cables de baja tensión. La distanciadel punto de cruce a los empalmes será superior a 1 m. Cuando no puedan respetarse estas distancias en los cables directamente enterrados, el cable instalado másrecientemente se dispondrá en canalización entubada.

4.-Cables de telecomunicación La separación mínima entre los cables de energía eléctrica y los de telecomunicación será de 0.20 m. La distancia del punto de cruce a los empalmes, tanto del cable de energía como del cable de telecomunicación, será superior a 1 m. Cuando no puedan respetarse estas distancias en los cables directamente enterrados, el cable instalado más recientemente se dispondrá en canalización entubada. 98




Estas restricciones no se deben aplicar a los cables de fibra óptica con cubiertas dieléctricas. Todo tipo de protección en la cubierta del cable debe ser aislante.

5.-Canalizaciones de agua y gas Siempre que sea posible, los cables se instalarán por encima de las canalizaciones de agua. La distancia mínima entre cables de energía eléctrica y canalizaciones de agua o gas será de 0,20 m. Se evitará el cruce por la vertical de las juntas de las canalizaciones de agua o gas, o de los empalmes de la canalización eléctrica, situando unas y otros a una distancia superior a 1 m del cruce. Cuando no puedan respetarse estas distancias en los cables directamente enterrados, el cable instalado más recientemente se dispondrá en canalización entubada.

6.-Conducciones de alcantarillado Se procurará pasar los cables por encima de las conducciones de alcantarillado. No se admitirá incidir en su interior. Se admitirá incidir en su pared (por ejemplo, instalando tubos), siempre que se asegure que ésta no ha quedado debilitada. Si no es posible, se pasará por debajo, y los cablesse dispondrán en canalizaciones entubadas. 7.-Depósitos de combustible Los cables se dispondrán en canalizaciones entubadas y distarán, como mínimo, 0,20 mdel depósito. 99




Los extremos de los tubos rebasarán al depósito, como mínimo 1,5 m por ca da extremo.

Proximidades y paralelismos Los cables subterráneos de baja tensión directamente enterrados deberán cumplir las condiciones y distancias de proximidad que se indican en este apartado

En todos los casos se procurará evitar que los cables queden en el mismo plano vertical que las demás conducciones. 1.-Otros cables de energía eléctrica Los cables de baja tensión podrán instalarse paralelamente a otros de manteniendo entre ellos una distancia mínima de 0,10 m ó 0,25 m, respectivamente.

BT

o

AT,

Cuando no puedan respetarse estas distancias en los cables directamente enterrados, el cable instalado más recientemente se dispondrá en canalización entubada. En el caso de que un mismo propietario canalice a la vez varios cables de baja tensión, podrá instalarlos a menor distancia, incluso en contacto.

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2.-Cables de telecomunicación La distancia mínima entre los cables de energía eléctrica y los de telecomunicación seráde 0,20 m. Cuando no puedan respetarse estas distancias en los cables directamente enterrados, elcable instalado más recientemente se dispondrá en canalización entubada.

3.-Canalizaciones de agua y de gas La distancia mínima entre los cables de energía eléctrica y las canalizaciones de agua yde gas será de 0,20 m. (Excepto para canalizaciones de gas de alta presión (más de 4bar), en que la distancia será de 0,40 m). La distancia mínima entre los empalmes de los cables de energía eléctrica y las juntasde las canalizaciones de agua y de gas será de 1 m. Cuando no puedan respetarse estas distancias en los cables directamente enterrados, el cable instalado más recientemente se dispondrá en canalización entubada. Se procurará mantener una distancia mínima de 0,20 m en proyección horizontal, y en el caso de canalizaciones de agua, que ésta quede por debajo del nivel del cable eléctrico. Por otro lado, las arterias principales de agua y de gas se dispondrán de forma que se aseguren distancias superiores a 1 m respecto a los cables eléctricos de baja tensión.

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Líneas Aéreas y Subterráneas

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