UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DEL CONO SUR DE LIMA UNTECS
CARRERA DE INGENERIA MECANICA Y ELECTRICA Curso de:
LINEAS DE TRANSMISION ELECTRICA Tema: E L E M E N T O S D E L I N E A S E L E CT R I CA CA S
Estudiantes: Carrillo Zambrano, Sergio Delgado Casablanca, Luis Duran Neyra, Neil Ruelas Chozo, Cynthia Torres Escobar, Juan
Docente: Ing. Edgar del Águila Vela
VILLA EL SALVADOR 2014
ELEMENTOS DE LINEAS DE TRA NSMISION ELECTRICA: INTRODUCCION: La energía eléctrica se ha convertido en parte de nuestra vida diaria. Sin ella, difícilmente podríamos imaginarnos los niveles de progreso que el mundo ha alcanzado, pero ¿qué es la electricidad, cómo se produce y cómo llega a nuestros hogares? Ya vimos que la energía puede ser conducida de un lugar o de un objeto a otro (conducción). Eso mismo ocurre con la electricidad. Es válido hablar de la "corriente eléctrica", pues a través de un elemento conductor, la energía fluye y llega a nuestras lámparas, televisores, refrigeradores y demás equipos domésticos que la consumen. También conviene tener presente que la energía eléctrica que utilizamos está sujeta a distintos procesos de generación, transformación, transmisión y distribución, ya que no es lo mismo generar electricidad mediante combustibles fósiles que con energía solar o nuclear. Tampoco es lo mismo transmitir la electricidad generada por pequeños sistemas eólicos y/o fotovoltaicos que la producida en las grandes hidroeléctricas, que debe ser llevada a cientos de kilómetros de distancia y a muy altos voltajes. Uno de los grandes problemas de la electricidad es que no puede almacenarse, sino que debe ser transmitida y utilizada en el momento mismo que se genera. Este problema no queda resuelto con el uso de acumuladores o baterías, como las que utilizan los coches y los sistemas fotovoltaicos, pues sólo son capaces de conservar cantidades pequeñas de energía y por muy poco tiempo. Para transmitir la energía eléctrica desde los puntos de generación, se requiere de líneas eléctricas, que deben operar a un valor de tensión que es directamente proporcional a la distancia requerida para su transporte y a la corriente eléctrica necesaria en el extremo de la carga. Para llegar a los valores de tensión para su consumo por las industrias o las casas habitación, es necesario que la tensión de transporte en las líneas eléctricas primarias, se reduzca mediante transformadores eléctricos; este proceso de transformación se realiza en varios pasos dependiendo de la distancia del punto de generación y la energía demandada por el centro urbano o industrial. Las líneas de Transmisión permiten transportar grandes cantidades de energía eléctrica y se utilizan en distancias tan grandes como 200 km. A las redes eléctricas que operan en estos valores de tensión por lo general forman los sistemas troncales y cubren grandes extensiones geográficas.
1. DEFINICIÓN DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN Es un medio de transporte de la energía eléctrica que facilita para entregar energía a grandes distancias. Esencialmente están constituidas por: Conductores Eléctricos Cadena de Aisladores Apoyos o soporte Cable de Guarda Puesta a Tierra Cimentacion En la figura 1 podemos apreciar sus partes con la gráfica de la estructura de una torre.
Figura1. Elementos de las Líneas de transmisión. En las Lineas de transmisión, podemos catalogar en niveles de tensión, tales como, baja tensión, madia tensión, alta tensión y muy alta tensión. (cuadro 1) Ademas tenemos tensiones máxima normalizadas por el IEC a los valores del sistema interconectado.(cuadro 2)
CUADRO 1 Baja Tension
380/220V 440/220V 10Kv
Media Tension
22.9Kv 33Kv 22.9/13.2KV 33/19Kv 60Kv
Alta Tension
138Kv 220Kv
Muy Alta Tension
500Kv
CUADRO 2 Vn del Sistema
Max. Tension del sistema (KV)
<60-69>
72.5
<130-138>
123
<220-230>
145
<220-230>
245
<380-400>
420
<500>
525
2. CONDUCTORES:
Se denomina así a cualquier material metálico o combinación de ellos que permita constituir alambres o cables de características eléctricas y mecánicas adecuadas para el fin a que van a destinarse; podrían emplearse como conductores, alambres, cables, si bien habrán de ser siempre cableados cuando se empleen conductores de aluminio o sus aleaciones. Las características exigibles para la elección de los conductores son los siguientes: a) RESISTENCIA ELECTRICA: Se ha de tener en cuenta la resistencia eléctrica puesto que cuando se emplean conductores adecuados, menores serán las pérdidas por calentamiento, ya que este es el tipo más común de pérdidas proporcionales a la resistencia eléctrica. b) FACTOR DE RESISTENCIA MECANICA: Puesto que las líneas de transmisión son aéreas, originan esfuerzos mecánicos
c) ASPECTO ECONOMICO: Procurando el mínimo costo de la línea, reduciremos el menor costo del transporte y por lo tanto una mayor rentabilidad.
En la Figura 1 podemos apreciar los condutores tipo AAC AAAC ACRS ACAR para la utilización en las lienas de transmisión.
Figura 1: Conductores de alta tensión. A) Tipo de Condu ctor:
AAC: Conductor Totalmente de Aluminio: Los cables tipo AAC (All Aluminum Conductor), están formados a partir de aluminio obtenido por refinación electrolítica con pureza 99.5% y conductividad mínima de 61.4% de la conductividad del cobre a 20ºC Aplicación: Los conductores AAC se usan en la distribución y transmisión de energía eléctrica. Las líneas aéreas formadas por estos conductores se construyen con distancias interpostales cortas, son usadas en ciudades, distribución rural, industrial, alimentación a subestaciones, etc.
AAAC: Conductor de Aleación de Aluminio Los cables tipo AAAC (All Aluminum Alloy Conductors) Tiene una conductividad del 52.5% IACS, menor pero y gran resistencia al esfuerzo mecánico lo cual permite grandes vanos en líneas de transmisión. Aplicación: Líneas aéreas de transmisión y distribución primaria o secundaria.
ACSR Conductor de Aluminio con Alma de Acero Los cables tipo Aluminium conductor steel-reinforced (ACSR) es un tipo específico de gran capacidad y alta resistencia conductor trenzado típicamente utilizado en las líneas eléctricas aéreas, elegido por su excelente conductividad, bajo peso y bajo costo.
ACAR: Conductor de Aleación de Aluminio con alma de Acero. El conductor Aluminium Conductor Alloy Reinforced (ACAR), tiene unas mejores propiedades mecánicas y eléctricas, en comparación con un equivalente ACSR, AAC o AAAC. Un muy buen equilibrio entre las propiedades mecánicas y eléctricas por lo tanto hace ACAR la mejor opción cuando la capacidad de corriente, resistencia y peso ligero son la principal consideración del diseño de la línea. Estos conductores se utilizan ampliamente en las líneas de transmisión y distribución. 3. AISLADORES:
Son los elementos cuya finalidad consiste en aislar un conductor de la línea de apoyo que lo soporta. Al emplearse los conductores, se precisa que los conductores tenga buena propiedades dieléctricas ya que la misión fundamental del aislador es evitar el paso de la corriente del conductor a la estructura. Los conductores con los aisladores y los apoyos se efectúan mediante piezas metálicas denominadas errajes. El paso de la corriente del conductor sobre el apoyo puede producirse por las siguientes causas: Por conductividad del material; es decir, a través de la masa del aislador; para evitar esto se emplea materiales para los que la corriente de fuga es despreciable.
Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, las cualidades específicas que deben cumplir los aisladores son: Rigidez dieléctrica suficiente para que la tensión de perforación sea lo más elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del vidrio o porcelana y del grueso del aislador. La tensión de perforación es la tensión con la cual se puede producir el arco a través de la masa del aislador. •
Disposición adecuada, de forma que la tensión de contorneamiento presente valores elevados y por consiguiente no se produzcan descargas de contorno entre los conductores y el apoyo, a través de los aisladores. La tensión de contorneamiento es la tensión con la cual se puede producir el arco a través del aire, siguiendo la mínima distancia entre fase y tierra, es decir, el contorno del aislador. Esta distancia se llama línea de fuga. •
Resistencia mecánica adecuada para soportar los esfuerzos demandados por el conductor, por lo que la carga de rotura de un aislador debe ser por lo menos igual a la del conductor que tenga que soportar. •
•
Resistencia a las variaciones de temperatura.
•
Ausencia de envejecimiento.
Los aisladores son, de todos los elementos de la línea, aquellos en los que se pondrá el máximo cuidado, tanto en su elección, como en su control de recepción, colocación y vigilancia en explotación. En efecto, frágiles por naturaleza, se ven sometidos a esfuerzos combinados, mecánicos, eléctricos y térmicos, colaborando todos ellos a su destrucción. Cadena de Aisladores Están constituidos por un número variable de elementos según la tensión de servicio; estas cadenas son móviles alrededor de su punto de unión al soporte, y además, las articulaciones entre elementos deben tener bastante libertad para que los esfuerzos de flexión queden amortiguados; estas articulaciones suelen ser de rótula. Este tipo de aislador es el más empleado en media y en alta tensión, ya que presenta las siguientes ventajas: Permite elevar la tensión de funcionamiento con sólo aumentar la longitud de la cadena, es decir, colocando más elementos. •
No se interrumpe el servicio por rotura de un aislador, ya que la cadena sigue sustentando al conductor. •
Presenta una gran economía en la reparación de las cadenas, pues solamente es necesario cambiar el elemento averiado. •
Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuación se detallan: Caperuza-vástago, este aislador se compone de una campana de porcelana o vidrio templado, en forma de disco y que lleva en su parte inferior algunas ondulaciones. En la parte superior de la campana está empotrada una caperuza •
de fundición o acero, y en su parte inferior en un hueco bastante reducido, lleva un vástago sellado al aislador. La figura Nº 2.4 muestra la disposición de los aisladores en una cadena de suspensión o en una cadena de amarre Campana (discos), este elemento está constituido por un núcleo cilíndrico de porcelana de diámetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dos faldas anchas. La unión de los aisladores campana entre sí se hace con un pequeño vástago cilíndrico terminado en dos rótulas (figura Nº 2.5). La diferencia esencial entre el aislador campana y el elemento caperuza-vástago, reside en el hecho de que el primero es rigurosamente imperforable en servicio, mientras que el segundo puede, en ciertas circunstancias, perforarse antes de ser contorneado, especialmente por la acción simultánea de esfuerzos mecánicos y acciones eléctricas. •
Langstab , este modelo es un mejoramiento del aislador Motor y se denomina Langstab (larga línea de fuga). Está constituido por un largo cilindro de porcelana de 80 a 100 cm., con ondulaciones bastante profundas y terminado en dos caperuzas (figura Nº 2.6). •
Figura Nº 2.5 Aislador tipo campana
Langstab , este modelo es un mejoramiento del aislador Motor y se denomina Langstab (larga línea de fuga). Está constituido por un largo cilindro de porcelana de 80 a 100 cm., con ondulaciones bastante profundas y terminado en dos caperuzas (figura Nº 2.6). •
Figura Nº 2.6 Aislador Langstab Antivibradores: Reducen las posibles vibraciones en los cables debidos al viento principalmente. Otras características que definen un aislador y que deben ser tenidas en cuenta a la hora de elegirlos son:
Lineas de fuga Distancia disyuntiva Tensión de corona Tensión disyuntiva en seco o la frecuencia normal Tensión disyuntiva bajo la lluvia a kla frecuencia normal Tensión de perforación Tensión disyuntivas con ondas de sobretensión Carga de roptura mecánica.
Material empleado en los Aisladores: Porcelana:
Se emplea poco Dificultad para detección de fallos internos.
Vidrio:
El mas empleado Transparente, fácil detección de fallos Mas barato que la porcelana.
Aisladores Polimericos: Nucleo de fibra de vidrio para darle resistencia mecánica Capa externa de material polimerico. Tipos de Ailadores Según sus esfuerzos: Rigidos:
Punto de sujeción al apoyo fijo Solo se usan en media tensión Sometido a esfuerzos de tracción Formación de cadenas con numero variables de elementos.
Suspendidos: Punto se sujeción al apoyo con posibilidad de movimiento.
Sometido solo a esfuerzos de tracción Formación de cadenas con número variable de elementos.
4. CABLE DE GUARDA: La utilización del Cable de Guarda, Pararrayos y Puesta a Tierra en una LT está relacionado con la protección que deben tenerlas líneas eléctricas contra sobretensiones ocasionadas por descargas atmosféricas. Por razones de seguridad, confiabilidad y economía es necesario conocer el comportamiento de las descargas atmosféricas para lograr la protección de las vidas humanas y lograr diseños adecuados de los sistemas de protección. Los cables de guarda son conductores conectados a tierra y colocados sobre los conductores de fase para interceptar las descargas tipo rayo las cuales podrían caer directamente sobre las fases. La corriente de la descarga tipo rayo es desviada a tierra a través de una línea de tierra en el soporte. Para que sea efectivo, el cable de guarda deberá tener su puesta a tierra en cada soporte El diseño de un cable de guarda consiste básicamente en la determinación de su ubicación en la estructura. Las características mecánicas se deben considerar de tal forma, que resista la carga mecánica y no vaya a tener una flecha excesiva. Las características eléctricas, deben garantizar bajas pérdidas por inducción y bajos voltajes de paso y de contacto
5. APOYOS O SOPORTES: Una torre eléctrica o apoyo eléctrico (a veces denominada torreta) es una estructura de gran altura, normalmente construida en celosía de acero, cuya función principal es servir de soporte de los conductores eléctricos aéreos de las líneas de transmisión de energía eléctrica. Se utilizan tanto en la distribución eléctrica de alta, y baja tensión como en sistemas de corriente continua tales como la tracción ferroviaria. Pueden tener gran variedad de formas y tamaños en función del uso y del voltaje de la energía transportada. Los rangos normales de altura oscilan desde los 15 m hasta los 55 m. Según su función se pueden clasificar en:
Torres de alineación: sirven solamente para soportar los conductores; son empleados en las alineaciones rectas. Torres de anclaje: Se utilizan para proporcionar puntos firmes en la línea, que limiten e impidan la destrucción total de la misma cuando por cualquier causa se rompa un conductor o apoyo. Torres de ángulo: Empleados para sustentar los conductores en los vértices o ángulos que forma la línea en su trazado. Torres de fin de línea: Soportan las tensiones producidas por la línea; son su punto de anclaje de mayor resistencia.
En su diseño se debe tener en cuenta, entre otras, las siguientes consideraciones:
Número de conductores a sujetar Tensión mecánica de los conductores Afectación del viento, tanto en conductores como en la estructura de la torre Tensión eléctrica (alto voltaje) de los conductores Tipo de composición del suelo y/o anclaje. Implicaciones medioambientales, (fauna, exposición a tormentas, etc)
TIPOS DE APOYO EN LAS LINEAS DE TRANSMISION: Alineacion: -
Soportan solo el peso de los conductores Los conductores no ejecen tracción entre ellos Cadenas de aisladores de suspensión
Amarre: Pueden soportar esfuerzos de tracción de los conductores. Generalidades : En redes de media tensión y hasta las mas altas usadas en Argentina de hasta 500 kv., se emplean torres de hormigón y reticulado de acero. En la figura vemos los esquemas más corrientes de estas torres. La elección del tipo de torre se hace sobre la base de criterios económicos, de sismicidad y en base el vano, que es la distancia entre dos torres. Los estudios técnicoeconómicos, que tienen en cuenta los factores técnico, climáticos y precios, permiten generar programas de computación con los cuales se determina lo que se denomina vano económico, que es la distancia entre torres que hace mínimo el costo por kilómetro. Las estructuras de soporte, torres o postes, pueden ser de suspensión o de retención.
Las primeras se instalan en los tramos rectos de las líneas, mientras que las segunda son para los lugares en que, además, la línea debe soportar esfuerzos laterales, producto del cambio de dirección (ángulo) o finales de línea. La figura nos enseña dos tipos de torres de hormigón centrifugado.
Nótese que tanto en la ultima figura, las torres tienen el llamado hilo de guardia, marcado con las letras HG. Este elemento es de acero galvanizado. Las torres metálicas son estructuras de perfiles ángulos, vinculados directamente entre sí o a través de chapas, mediante uniones abulonadas. Para mejor mantenimiento, son galvanizadas y el acero es de alta resistencia. Las estructuras se dimensionan por medio de sistemas computarizados que minimizan el peso de las estructuras. Los postes de hormigón, en cambio, serán del tipo armado, centrifugado o pretensado. Las crucetas o ménsulas, serán del mismo material en la mayor parte de los casos.
PUESTA A TIERRA
La utilización del Pararrayos y Puesta a Tierra en una LT está relacionado con la protección que deben tenerlas líneas eléctricas contra sobretensiones ocasionadas por descargas atmosféricas. Por razones de seguridad, confiabilidad y economía es necesario conocer el comportamiento de las descargas atmosféricas para lograr la protección de las vidas humanas y lograr diseños adecuados de los sistemas de protección. En todos los casos, las fundaciones representan un papel importante en la seguridad y en el costo de una línea de transmisión, y deben permitir la fácil colocación de las tomas de tierra que vemos en la figura:
El tipo de terreno, por su agresividad, determina el cemento que se debe emplear. Hay torres de tipo especial, ya que en ellas se produce la transposición.
6. AUXILIARES: 6.1. HERRAJES:
6.2.
ANTIVIBRADORES:
Reducen las posibles vibraciones de los cables, debido al viento principalmente:
6.3.
LA CATENARIA:
Un conductor de peso uniforme, sujeto entre dos apoyos por los puntos A y B, situados a la misma altura, forman una curva llamda catenaria.La distanciua f es el punto mas bajo situado en el centro de la curvatura y la recta AB, que une los apoyos recibe el nombre de flecha. Se llama vano a la distancia entre los puntos de amarre A y B.
6.4.
FAJA DE SERVIDUMBRE:
Es la proyección sobre el suelo de la faja ocupada por los conductores más la distancia de seguridad; de acuerdo a lo establecido por el Ministerio de Energía y Minas en cada Resolución de Imposición de Servidumbre, de conformidad con la legislación, códigos y normas técnicas vigentes en la fecha en que las líneas
fueron construidas.
Razones de las distancias de seguridad en líneas de alta tensión Estas distancias de seguridad se deben respetar siempre debido a:
Seguridad de las personas. Seguridad de las instalaciones. Preservación del medio ambiente. Confiabilidad de las instalaciones.
CONCLUSIONES: Con el tema expuesto, hemos conocido una parte de las líneas de transmisión, en sus conceptos básicos y algunos términos, la seguridad que se debe tener y algunas características de los conductores y estructuras. En conclusión este tema, es una base informativa para el conocimiento y posterior diseño de cálculos en redes de alta tensión.
BIBLIOGRAFIA:
SISTEMAS DE TRANSMISION Y DISTRIBUCION DE POTENCIA ELECTRICA, Enrique Harper, editorial Limusa. http://www.redesur.com.pe/Servidumbres/Trifoliado_servidumbres_rev4.pdf http://www.tuveras.com/lineas/aereas/lineasaereas.htm SECTOR ELECTRICIDAD CODIGO NACIONAL DE ELECTRICIDAD.
