Mantenimiento Lineas de Transmision

Sistemas Eléctricos de Potencia

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA - ENERGÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN ENERGÍA

PROYECTO DE TESIS

“MANTENIMIENTO DE LINEAS DE TRANSMISION” PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO EN ENERGIA

FELIPE ISRAEL HEROS CHAVEZ DIEGO ESPINOZA ENRIQUEZ AZAÑA LAVERIANO Callao, Diciembre, 2014 PERÚ

Mantenimiento de Líneas de Transmisión

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Sistemas Eléctricos de Potencia INDICE

.................................................................. ............................................ ............................................. ..................................... .............. 2 INDICE ............................................ INTRODUCCIÓN ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................ .................. 5 ANTECEDENTES DE LAS LÍNEAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ....................................... 6 El primer cable submarino. Thomson y Heaviside ............................................... ............................................... 6 ............................................................................... ...................................... ................ 12 LÍNEAS ELÉCTRICAS. ......................................................... CLASIFICACIÓN DE LAS LÍNEAS LÍ NEAS ELÉCTRICAS ............................. ............................................ ................ 12 Líneas de transmisión ........................................... .................................................................. ............................................. ........................ 12 .................................................................. ............................................. ........................ 12 Líneas de distribución ........................................... COMPONENTES DE UN LÍNEA AÉREA ................................................... ........................................................... ......... 12 Conductores ............................................. ................................................................... ............................................ ...................................... ................ 13 Cobre .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ............................... ......... 13 Aleaciones de Cobre .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 14 .................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 15 Aluminio ............................................. Conductor homogéneo de aluminio puro (AAC) .................................... ............................................ ......... 15 Conductor homogéneo de aleación de aluminio (AAAC) ......................... ............................. ..... 16 ................................ 16 Conductor mixtos aluminio con alma de acero (ACSR) ................................ Conductores De Aluminio Con Alma De Aleación Aleación (ACAR) ......................... 17 Aisladores ............................................. .................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 20 Aisladores Fijos: .......................................... ................................................................. ............................................. .................................. ............ 20 ...................................................................... ...................................... ................ 21 Aisladores en cadenas: cadenas:. ................................................ Estructuras Soportes .......................................... ................................................................ ............................................ ............................... ......... 23 Estructuras de suspensión ........................................... ................................................................. .......................................... .................... 23 Estructuras de retención .......................................................... ............................................................................... ............................... ......... 24 .......................................................................... ............................... ......... 26 CONDUCTORES AISLADOS ..................................................... a) ............................................................................... ...................................... ................ 26 El conductor:. ......................................................... b) Cubierta Semiconductora: ............................................ ................................................................... ........................... .... 26 ........................................................................ .................... 27 c) El Aislante, puede ser de: ..................................................... .......................................................................... .......................................... .................... 27 Papel impregnado:. .................................................... Termoplásticos: ........................................... .................................................................. ............................................. .................................. ............ 27 El polietileno: ............................................ .................................................................. ............................................ ...................................... ................ 28 Termofijo: .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................ ........................ 28 ........................................................................... .......................................... .................... 28 d) La pantalla:. ..................................................... e) ......................................................................... .......................................... .................... 29 La Cubierta:. ................................................... CALIBRE DE LOS CONDUCTORES ................................................... ...................................................................... .................... 30 LONGITUD ELÉCTRICA DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN ........................... 30 PÉRDIDAS EN LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN ........................................... ...................................................... ............ 31


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Sistemas Eléctricos de Potencia INDICE

.................................................................. ............................................ ............................................. ..................................... .............. 2 INDICE ............................................ INTRODUCCIÓN ............................................. ................................................................... ............................................ ........................................ .................. 5 ANTECEDENTES DE LAS LÍNEAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ....................................... 6 El primer cable submarino. Thomson y Heaviside ............................................... ............................................... 6 ............................................................................... ...................................... ................ 12 LÍNEAS ELÉCTRICAS. ......................................................... CLASIFICACIÓN DE LAS LÍNEAS LÍ NEAS ELÉCTRICAS ............................. ............................................ ................ 12 Líneas de transmisión ........................................... .................................................................. ............................................. ........................ 12 .................................................................. ............................................. ........................ 12 Líneas de distribución ........................................... COMPONENTES DE UN LÍNEA AÉREA ................................................... ........................................................... ......... 12 Conductores ............................................. ................................................................... ............................................ ...................................... ................ 13 Cobre .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ............................... ......... 13 Aleaciones de Cobre .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 14 .................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 15 Aluminio ............................................. Conductor homogéneo de aluminio puro (AAC) .................................... ............................................ ......... 15 Conductor homogéneo de aleación de aluminio (AAAC) ......................... ............................. ..... 16 ................................ 16 Conductor mixtos aluminio con alma de acero (ACSR) ................................ Conductores De Aluminio Con Alma De Aleación Aleación (ACAR) ......................... 17 Aisladores ............................................. .................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 20 Aisladores Fijos: .......................................... ................................................................. ............................................. .................................. ............ 20 ...................................................................... ...................................... ................ 21 Aisladores en cadenas: cadenas:. ................................................ Estructuras Soportes .......................................... ................................................................ ............................................ ............................... ......... 23 Estructuras de suspensión ........................................... ................................................................. .......................................... .................... 23 Estructuras de retención .......................................................... ............................................................................... ............................... ......... 24 .......................................................................... ............................... ......... 26 CONDUCTORES AISLADOS ..................................................... a) ............................................................................... ...................................... ................ 26 El conductor:. ......................................................... b) Cubierta Semiconductora: ............................................ ................................................................... ........................... .... 26 ........................................................................ .................... 27 c) El Aislante, puede ser de: ..................................................... .......................................................................... .......................................... .................... 27 Papel impregnado:. .................................................... Termoplásticos: ........................................... .................................................................. ............................................. .................................. ............ 27 El polietileno: ............................................ .................................................................. ............................................ ...................................... ................ 28 Termofijo: .......................................... ................................................................. ............................................. ............................................ ........................ 28 ........................................................................... .......................................... .................... 28 d) La pantalla:. ..................................................... e) ......................................................................... .......................................... .................... 29 La Cubierta:. ................................................... CALIBRE DE LOS CONDUCTORES ................................................... ...................................................................... .................... 30 LONGITUD ELÉCTRICA DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN ........................... 30 PÉRDIDAS EN LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN ........................................... ...................................................... ............ 31


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Pérdida del conductor: ........................................... ................................................................. ............................................ ........................... ..... 31 Pérdida por radiación: ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 31 .......................................................... ................ 31 Pérdida por calentamiento del dieléctrico: ........................................... Pérdida por acoplamiento: ........................................... ................................................................. .......................................... .................... 31 Corona (descargas luminosas): .............................................. ................................................................... ............................... ......... 31 ............................................... ..... 32 MANTENIMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION ........................................... ...................................................... 33 ELEMENTOS DE PROTECCION PERSONAL ...................................................... .................................................................. ............................................ .......................................... .................... 33 Guantes: ............................................ ................................................................... ............................................ .......................................... .................... 33 Mangas: ............................................. ................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 33 Casco: ............................................ ................................................................. ............................................. ............................................ ........................ 33 Mantas: .......................................... Cubridores: ............................................. .................................................................... ............................................. .................................. ............ 33 .................................................................. ............................................ ............................... ......... 33 Carro canasta: ............................................ ETAPA DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ......................................... .................................................... ............ 34 ...................................................................... ...................................... ................ 34 Mantenimiento predictivo: . ................................................ Mantenimiento preventivo: ........................................... ................................................................. .......................................... .................... 34 Mantenimiento correctivo: ............................................ .................................................................. .......................................... .................... 34 ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO Y PERIODICIDAD .................................. 35 1. .................................................................. .......................................... .................... 36 Inspección mayor: ............................................ 2. .................................................................................... ........................ 36 Inspección menor: ............................................................... 3. Patrullaje o inspección aérea: ........................................................ ................................................................ ......... 36 ........................................................ ................ 36 4. Inspección de brechas a terceros: ......................................... ....................................................... ........................... ..... 36 5. Medición de resistencia a tierra: .................................. 6. Medición de corrosión: ........................................... ................................................................. .................................. ............ 36 7. Cambio de aislamiento con línea energizada: .................................... .................................... 36 ............................. 37 8. Cambio de aislamiento con línea desenergizada: ............................. 9. ............................. ..... 37 Sustitución de empalme de conductor o guarda: ......................... 10. Reapriete de herrajes: ............................................. ................................................................... .................................. ............ 37 ................................................. ..... 37 11. Sustitución de conectores de guarda: ............................................. ............................................................ ..... 37 12. Sustitución de cable de guarda: ........................................................ 13. Sustitución del cable cola de rata: ............................................. ........................................................ ............ 37 14. Mantenimiento a conexiones o cambio de puente: .......................... ........................... 37 15. Reparación de conductor o hilo de guarda: ........................................ ....................................... 37 ........................................................... ................ 37 16. Corrección al sistema de tierras: ........................................... 17. Corrección de corrosión: ............................................... ..................................................................... ........................... .... 38 18. Corrección de brecha: ............................................................... .............................................................................. ................ 38 ......................................................... ........................ 38 19. Limpieza de brecha por terceros: .................................... 

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20. Mantenimiento de equipo y herramientas: .......................................... .......................................... 38 PROCEDIMIENTOS ESPECIALES ............................................... ..................................................................... ........................... .... 39 ............................................................................. ...................................... ................ 39 Lavado de Aisladores . ....................................................... .......................................................................... ............ 39 Limpieza no energizada: ............................................................... ................................................................. ...................................... ................ 39 Limpieza energizada: ........................................... Boquilla a control remoto ............................................................. ........................................................................ ............ 40 Boquilla de aspersión fija ............................................................. ........................................................................ ............ 40 Limpieza con aire comprimido .................................................... ............................................................... ............ 40 Frotación con baño en equipo vivo ....................................................... ....................................................... 40 Boquilla fija .......................................... ................................................................. ............................................. .................................. ............ 41 ....................................................... ........................... ..... 41 Boquilla móvil en una varilla fija .................................. ....................................................... ........................... ..... 41 Boquilla fija en una varilla móvil .................................. Frecuencia del lavado ............................................ .................................................................. ............................................ ........................... ..... 41 Conclusiones ............................................ ................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 42 ................................................................ ............................................ ............................................ ............................... ......... 42 Referencia .......................................... 

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INTRODUCCIÓN En las comunicaciones, las líneas de transmisión llevan señales telefónicas, datos de computadoras en LAN, señales de televisión en sistemas de Televisión por cable y señales de un transmisor a una antena o de una antena a un receptor. Las líneas de transmisión son enlaces importantes en cualquier sistema. Son más que tramos de alambre o cable. Sus características eléctricas son sobresalientes, y se deben igualar a las del equipo para obtener comunicaciones adecuadas. Las líneas de transmisión también son circuitos. En frecuencias muy altas donde las longitudes de onda son cortas, las líneas de transmisión actúan como circuitos resonantes y aun como componentes reactivos en VHF y UHF, y frecuencias de microondas, la mayor parte de los circuitos sintonizados y filtros se utilizan con líneas de transmisión.


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ANTECEDENTES DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

El primer cable submarino. Thomson y Heaviside En la década de 1830 Samuel Morse había establecido la posibilidad práctica de enviar mensajes mediante corrientes eléctricas a lo largo de hilos conductores, enviando un mensaje desde Baltimore a Washington. Poco a poco gran parte de los países europeos y Estados Unidos tendieron redes de telegrafía que comunicaron las grandes ciudades. El siguiente paso sería establecer una comunicación intercontinental, para lo cual se requería instalar un cable submarino. En 1851 se estableció una conexión entre Inglaterra y Francia. En 1856 se creó la Atlantic Telegraph Company con un capital de £ 350.000 (entonces equivalentes a unos u$s 1.400.000), presidida por el empresario norteamericano Cyrus Field, cuyo único propósito era tender el primer cable trasatlántico. Uno de sus diecisiete directores era el profesor de filosofía natural de la Universidad de Glasgow, William Thomson

En 1854 Thomson había aplicado el método de Fourier - quien había resuelto el problema de la transmisión del calor a la propagación de los impulsos eléctricos en un cable largo. El modelo de Thomson era equivalente al que hemos propuesto para una línea con pérdidas, pero sin considerar los efectos inductivos (L = 0) ni pérdidas dieléctricas (G = 0). Llegaba así a ecuaciones del tipo:


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Que es una ecuación de difusión del tipo de la transmisión del calor. No existe para una perturbación que siga esta ecuación diferencial una velocidad definida. Ante un estímulo en forma de escalón la respuesta es una función error:

Para una línea de longitud L, el máximo de corriente se da para:

Esta es la famosa "ley de cuadrados" que encontró Thomson. Significa que, si se aplica un pulso telegráfico a la entrada de la línea, el tiempo que tarda en llegar al otro extremo es proporcional al cuadrado de la longitud de la línea. La tarea de colocar el cable se dividió entre dos barcos, la fragata norteamericana Niagara y el buque de guerra británico Agamemnon. El plan era navegar hasta el punto medio del tendido y desde allí el Niagara colocaría el cable hacia Norteamérica y el Agamemnon colocaría el cable hacia Inglaterra. El tendido comenzó el 30 de julio de 1857. Luego de muchas rupturas, la colocación se completó finalmente en el quinto intento más de un año después, el 5 de agosto de 1858. Los dos puntos extremos del tendido eran Valentia Harbour, en Irlanda, y Trinity Bay en Newfoundland. El 16 de agosto se estableció la primera comunicación, con el mensaje: "Glory to God in the highest, and on earth, peace, good will to men". Sin embargo, el cable dejó de funcionar tres semanas después. El "electricista" a cargo, un aficionado llamado O. E. W. Whitehouse, era en realidad un médico retirado que se había dedicado a la electricidad y la telegrafía y no tenía una comprensión acabada de los fenómenos involucrados. Por ejemplo, dijo sobre el modelo teórico de Thomson y su ley de cuadrados: "Con toda honestidad, estoy obligado a responder que creo que la naturaleza no conoce tal Aplicación de esa ley, y la puedo solamente considerar como una ficción de las escuelas, una forzada y violenta adaptación de un principio en Física, bueno y verdadero bajo otras circunstancias, pero mal aplicado aquí." Para lograr detectar la muy débil señal telegráfica, en lugar de usar instrumentos más sensibles Whitehouse optó por aumentar la tensión aplicada al cable, lo que causó que el cable se cortocircuitara en puntos débiles del aislante de gutapercha. Luego de un estudio de las causas de la salida de funcionamiento del cable transatlántico, Whitehouse fue despedido. En un segundo intento se tomaron en cuenta los estudios de Thomson. Se utilizó cable de cobre de la mejor calidad disponible y con una sección casi tres veces mayor del cable original, lo que disminuía la resistencia por unidad de longitud, mejorando la performance. También Thomson insistió en lograr una


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mayor fortaleza y mejorar el aislamiento para evitar la acción del agua de mar, así como disminuir las tensiones de trabajo, para lo cual desarrolló un nuevo instrumento, el galvanómetro de espejo, que podía medir corrientes muy pequeñas. El segundo intento de colocar el cable submarino, realizado entre el 14 de julio de 1865 y el 28 de julio de 1866, fue exitoso y se pudieron establecer comunicaciones transatlánticas permanentes. En la figura se muestra la estación de recepción del telégrafo trasatlántico en Valentia, Irlanda4.

El primer mensaje enviado fue:

"A treaty of peace has been signed between Austria and Prussia". Relatos de la época hablan de la fascinación de los operadores porque los mensajes se recibían horas antes de que fueran enviados, debido a la diferencia de huso horario entre los extremos del cable). Casi inmediatamente, el uso del cable f ue abierto comercialmente pero sólo los muy ricos podían utilizarlo: las tarifas iniciales eran desde u$s 1 por carta, pagables en oro, en una época en que el salario mensual de un trabajador era del orden de u$s 20. El cable original colocado en 1866 dejó de operar en 1872, pero ya había otros cuatro cables transatlánticos en uso para esa fecha. Para valorar la importancia de este desarrollo de la ingeniería, debe señalarse que para 1890 había ya más de 150 mil kilómetros de cables submarinos comunicando todo el mundo, y que recién en la década de 1960 el lanzamiento de los primeros satélites de comunicaciones presentaron una alternativa a los cables submarinos.


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En noviembre de 1866 Thomson fue elevado a la categoría de par del reino británico bajo el título de Lord Kelvin of Largs por sus logros en relación al cable submarino. El Kelvin es el río que atraviesa el terreno de la Universidad de Glasgow y Largs es el pueblo sobre la costa escocesa donde Thomson construyó su residencia. Dentro de la investigación en el electromagnetismo, Thomson introdujo en 1850 las nociones de susceptibilidad y permeabilidad magnética, junto con los conceptos de B, H y M, en 1853 usó la teoría magnética de Poisson para encontrar las ecuaciones de la energía magnética en términos de los campos, por una parte, y de la corriente circulante y la inductancia, por otra. Ese mismo año halló la ecuación del circuito RLC, lo que dio una descripción matemática a observaciones experimentales de Henry y Savery. Ya hemos hablado de su modelo mecánico del electromagnetismo que inspiró los primeros modelos de Maxwell.

En 1857 Gustav Kirchhoff (izquierda) encontró las ecuaciones del telegrafista para una línea coaxial. También halló que, si la resistencia del cable es pequeña, estas ecuaciones llevan a la ecuación de ondas con una velocidad que para un cable coaxial da un valor muy cercano a la velocidad de la luz. Kirchhoff se da cuenta de esta coincidencia y es así el primero en hallar que las señales electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz.

Gustav Kirchhoff


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Las ideas de la propagación de ondas en cables fueron retomadas y completadas, usando el método operacional que él mismo inventó, por Oliver Heaviside (foto). Heaviside no tuvo educación formal, ya que abandonó sus estudios a los 16 años. Aprendió el código Morse y se dedicó a ser operador telegráfico. A pesar de su falta de rigor matemático, Heaviside estudió el Treatise de Maxwell y consiguió reducir las veinte ecuaciones (escalares) con veinte incógnitas halladas por Maxwell a sólo dos ecuaciones (vectoriales) con dos incógnitas en el vacío. Logró esta hazaña inventando el análisis vectorial. Por este motivo las actuales ecuaciones de Maxwell deberían llamarse de Maxwell-Heaviside. Por su falta de rigor la idea revolucionaria de Heaviside tuvo pocos seguidores. Los físicos que trabajaban con las ecuaciones de Maxwell estaban influenciados por el modelo de quaterniones, desarrollado por el mismo Maxwell y Tait. Sólo Heinrich Hertz, que iba a alcanzar fama mundial por su comprobación experimental de que las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz, entendió la importancia de los trabajos de Heaviside y Gibbs y en 1892 publicó un trabajo riguroso donde llega a la notación actual de las ecuaciones del electromagnetismo. Entre 1880 y 1887 Heaviside desarrolló el cálculo operacional para estudiar los circuitos eléctricos, que permite pasar de modelos basados en ecuaciones diferenciales a ecuaciones algebraicas. Este es el método de la transformada de Laplace que hoy en día es el método normal de análisis de circuitos. A pesar del evidente éxito de este método, la falta de rigor matemático de las presentaciones de Heaviside hizo que no tuviera aceptación amplia hasta 1906 en que su fundamentación rigurosa fue establecida por el matemático inglés Thomas Bromwich. Heaviside también se dedicó a la propagación de ondas en las líneas telegráficas. Redescubrió las ecuaciones del telegrafista que ya había hallado Kirchhoff. Heaviside se dio cuenta que el efecto de la inductancia de la línea puede llevar a la condición de propagación sin distorsión por lo que sugirió aumentar la inductancia agregando inductores a lo largo de la línea. En 1883 comienza a analizar la propagación de ondas electromagnéticas en conductores. En forma independiente en 1885 Heaviside y el físico Horace Lamb describieron por primera vez el efecto pelicular en conductores, que hace que la distribución de corriente a altas frecuencias no sea uniforme y haya una concentración de corriente sobre la periferia del conductor, modificando así su resistencia. En 1902 y en forma casi simultánea Heaviside y el ingeniero norteamericano Arthur Kennelly anunciaron la probable existencia de una capa atmosférica de gas ionizado que afectaría la propagación de las ondas electromagnéticas. La capa de Heaviside-Kennelly es una de las capas de la ionosfera, cuya existencia fue corroborada experimentalmente en 1923.


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Oliver Heaviside


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LÍNEAS ELÉCTRICAS Una línea de transmisión eléctrica es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión y distribución de la energía eléctrica, está constituida por: conductores, estructuras de soporte, aisladores, accesorios de ajustes entre aisladores y estructuras de soporte, y cables de guarda (usados en líneas de alta tensión, para protegerlas de descargas atmosféricas); es de suma importancia el estudio de las características eléctricas en los conductores de las líneas, estas abarcan los parámetros impedancia y admitancia, la primera esta conformada por la resistencia y la inductancia uniformemente distribuidas a lo largo de la línea y se representa como un elemento en serie. La segunda esta integrada por la susceptancia y la conductancia y en este caso se representa como un elemento en paralelo, la conductancia representa las corrientes de fuga entre los conductores y los aisladores, esta es prácticamente despreciable por lo que no es considerado un parámetro influyente, las características tanto de los elementos físicos como eléctricos se explicaran a continuación.

CLASIFICACIÓN DE LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS Las líneas eléctricas se pueden clasificar por su función en:

Líneas de transmisión Son aquellas que se utilizan para transportar la energía eléctrica a grandes distancias, a niveles de voltajes superiores a los 34.500v. Estas constituyen el eslabón de unión entre las centrales generadoras y las redes de distribución. Para la construcción de estas líneas se utilizan casi exclusivamente conductores metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos metálicos (alambres) alrededor de un hilo central.

Líneas de distribución Son aquellas que van desde las subestaciones hasta los centros de consumo como son las industrias, domicilios y alumbrado público, los niveles de tensión utilizados son por debajo de los 34.500v. Los conductores en media tensión siguen siendo desnudos, pero en baja tensión se usan conductores aislados, para mayor seguridad en zonas urbanas.

COMPONENTES DE UN LÍNEA AÉREA Las líneas aéreas están constituidas tanto por el elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las Torres de alta tensión, y los aisladores.


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Conductores En la construcción de líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica, se utilizan casi exclusivamente conductores trenzados, los cuales son cables formados por alambres, en capas alternadas, enrolladas en sentidos opuestos. Esta disposición alternada de las capas evita el desenrollado y hace que el radio externo de una capa coincida con el interior de la siguiente. El trenzado proporciona flexibilidad con grandes secciones transversales. El conductor trenzado puede realizarse con hilos del mismo metal, o de distintos metales, según cuales sean las características mecánicas y eléctricas deseadas. Los metales utilizados en la construcción de líneas aéreas deben poseer tres características principales: baja resistencia eléctrica, elevada resistencia mecánica, de manera de ofrecer resistencia a los esfuerzos permanentes o accidentales y bajo costo. Los metales que satisfacen estas condiciones son relativamente escasos, los cuales son: cobre, aluminio, aleación de aluminio y combinación de metales (aluminio acero) Conviene para cada caso particular investigar el metal más ventajoso, teniendo en cuenta las observaciones generales que siguen.

Cobre El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es cobre electrolítico de alta pureza. Se obtiene electrolíticamente, por refinado: un electrodo de cobre hace de cátodo y un electrodo de cobre con impurezas hace de ánodo; el cobre electrolítico se deposita cobre el cátodo. Las características del cobre electrolítico coinciden, casi exactamente con las del cobre puro, ya que el contenido mínimo de cobre ha de ser de 99.9 %.Este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza o temple: Cobre recocido. El cobre recocido llamado también cobre blando tiene una

resistencia a la rotura de 22 a 28 [Kg/mm2]. El cobre recocido a 20º C de temperatura ha sido adoptado como cobre-tipo para las transacciones comerciales en todo el mundo. El cobre recocido es dúctil, flexible y se utiliza, sobre todo, para la fabricación de conductores eléctricos que no hayan de estar sometidos a grandes esfuerzos mecánicos. Cobre semiduro. Tiene una resistencia a la rotura de 28 a 34 [Kg. /mm2] y no

es tan dúctil ni maleable como el cobre recocido. Cobre duro. El cobre duro trabajado, en frió tiene, adquiere dureza y

resistencia mecánica, aunque a expensas de su ductilidad y maleabilidad. El cobre duro tiene una resistencia a la rotura de 35 a 47 [Kg/mm2] y sus buenas propiedades mecánicas se emplea para conductores de líneas eléctricas exteriores, donde han de estar sometidos a esfuerzos mecánicos elevados;


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este tipo de cobre no es muy empleado en instalaciones interiores, debido a que se manipula más difícilmente, que el cobre recocido.

Aleaciones de Cobre Los que son solubles en cantidad moderada en una solución sólida de cobre, telas como el manganeso, el níquel, el zinc, el estaño, el aluminio, etc., generalmente endurecen el cobre y disminuyen su ductilidad, pero mejoran sus condiciones de laminado y de trabajo mecánico. De una forma general se puede decir que las aleaciones de cobre mejoran algunas de las propiedades mecánicas o térmicas del cobre puro, pero a excepción de las propiedades eléctricas. Las aleaciones de cobre las utilizadas son las siguientes: Latones: Los latones son aleaciones de cobre y zinc con un 50 % de este

último metal como máximo, ya que a partir de dicho porcentaje, las aleaciones resultan frágiles. La conductividad eléctrica es relativamente baja, por lo que su empleo no es tan extendido

Bronces: Los bronces son aleaciones de cobre y estaño. Pero actualmente las

aleaciones dejaron de ser binarias para pasar a ser ternarias, introduciendo un tercer elemento, además del cobre y el estaño, como fósforo, silicio, manganeso, zinc, cadmio, aluminio; según el tercer elemento es el nombre del bronce, por ejemplo: bronce fosforoso, bronce silicioso, etc. Cuando un conductor está destinado a líneas aéreas, el mismo debe ser capaz de satisfacer las exigencias mecánicas a las que estará sometido una vez tendido. Las mismas son del resultado de la acción de su propio peso y de los agentes mecánicos exteriores (viento, hielo, etc.). De ahí que el conocimiento de su carga de rotura total a la tracción sea imprescindible. Con el objeto de aumentar en todo lo posible la resistencia específica a la tracción, el material deberá estar al estado puro, o sea su característica metalográfica básica serán los granos pequeños. Ello como es lógico, acarrea la disminución de su conductividad eléctrica, la cual desciende más cuanto mayor sea el grado de dureza obtenido. En la práctica se han definido sólo los estados extremos, y es así que se utilizan dos tipos de cobres, según sea destinado a líneas aéreas (cobre duro), o a usos no aéreos (cobre recocido, en el que es crítico el conocimiento de su conductividad.) Pese a la menor resistencia eléctrica y superiores aptitudes mecánicas el cobre ha dejado de ser utilizado en la construcción de líneas aéreas, esto es especialmente notado en alta y muy alta tensión.


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Aluminio El aluminio es el material que se ha impuesto como conductor de líneas aéreas, debido a su menor costo y ligereza con respecto a los de cobre para un mismo valor de resistencia. También es una ventaja el hecho de que el conductor de aluminio tenga un mayor diámetro que el de cobre con la misma resistencia. Con un diámetro mayor, las líneas de flujo eléctrico que se originan en el conductor, se encuentran más separadas en su superficie para el mismo voltaje. Esto significa que hay un menor gradiente de voltaje en la superficie del conductor y una menor tendencia a ionizar el aire que rodea al conductor. La ionización o descargas eléctricas debido a la ruptura del dieléctrico del aire producen un fenómeno indeseable llamado Efecto Corona. Los conductores en base a aluminio utilizados en la construcción de líneas aéreas se presentan en las siguientes formas:

Conductor homogéneo de aluminio puro (AAC) El aluminio es, después del cobre, el metal industrial de mayor conductividad eléctrica. Esta se reduce muy rápidamente con la presencia de impurezas en el metal, por lo tanto para la fabricación de conductores se utilizan metales con un título no inferior al 99.7%, condición esta que también asegura resistencia y protección de la corrosión. Los conductores de aluminio 1350 de se clasifican de la siguiente forma: Clase AA: Conductores normalmente usados en líneas de transmisión aéreas. Clase A: Conductores a ser recubiertos por materiales resistentes al clima y

conductores desnudos con alta flexibilidad. Clase B: Conductores a ser aislados con diversos materiales y conductores

que requieren mayor flexibilidad. Clase C: Conductores que requieren la más alta flexibilidad.


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Conductor homogéneo de aleación de aluminio (AAAC) Se han puesto a punto aleaciones especiales para conductores eléctricos. Contienen pequeñas cantidades de silicio y magnesio (0.5 0.6 % aproximadamente) y gracias a una combinación de tratamientos térmicos y mecánicos adquieren una carga de ruptura que duplica la del aluminio (haciéndolos comparables al aluminio con alma de acero), perdiendo solamente un 15 % de conductividad (respecto del metal puro). Utilizado normalmente para distribución eléctrica primaria y secundaria. Posee una alta relación resistencia/peso .La aleación de aluminio del cable AAAC ofrece mayor resistencia a la corrosión que el cable ACSR. Una de las aleaciones de aluminios más conocida es el ARVIDAL.

Conductor mixtos aluminio con alma de acero (ACSR) Estos cables se componen de un alma de acero galvanizado recubierto de una o varias capas de alambres de aluminio puro. El alma de acero asigna solamente resistencia mecánica del cable, y no es tenida en cuenta en el cálculo eléctrico del conductor.

Sección transversal de un conductor con refuerzo de acero con 7 hilos de acero y 24 de aluminio

En la figura se muestra la sección transversal de un cable de aluminio con refuerzo de acero (ACSR). El conductor que se muestra tiene 7 hilos de acero que forman el núcleo central alrededor del cual hay dos capas de hilos de aluminio. Hay 24 hilos de aluminio en las capas externas. El conductor trenzado se especifica como 24 A1/7 St, o simplemente 24/7. Se obtienen diferentes esfuerzos de tensión, capacidades de corrientes y tamaños de conductores al usar diferentes combinaciones de acero y aluminio. Otros tipos de ASCR son:

ACSR/AW - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero Aluminizado: El conductor ACSR/AW ofrece las mismas características de fortaleza del ACSR pero la corriente máxima que puede soportar el cable y su resistencia a la corrosión son mayores debido al aluminizado del núcleo de acero. Provee mayor protección en lugares donde las condiciones corrosivas del ambiente son severas.


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ACSR/TW - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero: Las estructuras a utilizar deben ser evaluadas cuidadosamente debido al gran peso de este conductor. ACSR/AE - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero: Como su nombre lo indica, el ACSR/AE (Air Expanded) ACSR es un conductor cuyo diámetro ha sido incrementado o "expandido" por espacios de aire entre las capas exteriores de aluminio y el núcleo de acero.

Conductores De Aluminio Con Alma De Aleación (ACAR) EL ACAR tiene un núcleo central de aluminio de alta resistencia rodeado por capas de conductores eléctricos de aluminio. Independientemente de las características eléctricas y mecánicas que conducen a la elección de un tipo de conductor u otro, no se deben perder nunca de vista los principios básicos de uso de conductores de aluminio: 1) Los conductores de aluminio se utilizan siempre en forma de conductores trenzados, debido a que poseen mejor resistencia a las vibraciones que los conductores de un único alambre. 2) Expuestos a la intemperie se recubren rápidamente de una capa protectora de óxido insoluble y que protege al conductor contra la acción de los agentes exteriores. Pese a esto deberá prestarse atención cuando hay ciertos materiales en suspensión en la atmósfera, zonas de caleras, cementeras, etc. exigen seleccionar una aleación adecuada. 3) Ciertos suelos naturales atacan al aluminio en distintas formas, por lo que no es aconsejable utilizarlo para la puesta a tierra de las torres, al menos cuando se ignoran las reacciones que el suelo puede producir. 4) El aire marino tiene una acción de ataque muy lenta sobre el aluminio, de todos modos numerosas líneas construidas en la vecindad del mar han demostrado óptimo comportamiento, en estos casos se deben aumentar las precauciones en lo que respecta al acierto en la elección de la aleación y su buen estado superficial, en general el ataque será más lento cuanto menos defectos superficiales existan. Los defectos superficiales son punto de partida de ataques locales que pueden producir daños importantes, si no se presentan


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entalladuras o rebabas (que pueden ser causadas por roces durante el montaje) los hilos serán menos sensibles al ataque exterior. 5) El aluminio es electronegativo en relación a la mayoría de los metales que se utilizan en las construcciones de líneas, y por esto se debe tener especial cuidado en las uniones. 6) La temperatura de fusión del aluminio es 660 grados C (mientras el cobre funde a 1083 grados C) por lo tanto los conductores de aluminio son más sensibles a los arcos eléctricos. A su vez los conductores de aleación de aluminio presentan algunas ventajas respecto de los de aluminio acero, a saber: Mayor dureza superficial, lo que explica la más baja probabilidad de daños superficiales durante las operaciones de tendido, particularidad muy apreciada en las líneas de muy alta tensión, ya que como consecuencia se tendrán menos pérdidas por Efecto Corona, y menor perturbación radioeléctrica. Menor peso, por lo que es más económico. Una desventaja que debe señalarse para la aleación de aluminio es que por ser sus características mecánicas consecuencia de tratamientos térmicos, el cable es sensible a las altas temperaturas (no debe superarse el límite de 120 grados °C) por lo que debe prestarse especial atención al verificar la sección para las sobre corrientes y tener particularmente en cuenta la influencia del cortocircuito. Para concluir, el conductor es el componente que justifica la existencia de la línea, por lo tanto toda la obra se hace para sostenerlo, y entonces es valida la afirmación de que su elección acertada es la decisión más importante en la fase de proyecto de una línea. Además no debe olvidarse de respetar los límites de temperatura con la corriente de régimen, y con la máxima solicitación de cortocircuito, no se debe alcanzar una temperatura tal que provoque una disminución no admisible de la resistencia mecánica del conductor. En la siguiente tabla se puede apreciar las características físicas y eléctricas tanto del cobre como del aluminio


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Aluminio Cobre Relación de las secciones

1.64

1

1.28 A IGUAL Relación de los diámetros CONDUCTIBIDAD Relación de los pesos 0.50 ELECTRICA Relación de las cargas a la 0.78 rotura

1

A IGUAL Relación de las secciones CALENTAMIENTO Relación de los pesos

A IGUAL SECCION

Relación de conductividades

las

Relación de los pesos

1 1

1.405

1

0.424

1

0.61

1

0.30

1

Relación de características entre cobre y aluminio

Propiedades

Aluminio Cobre 99,5%

Densidad a 20ªC 2,7

8,90

temperatura de fusión o de fusión 658 incipiente ºC

1.083

Coeficiente de 16,4.10dilatación lineal 23.10-6 6 entre 20 y 100ºC Calor específico 0,28 cal/g ºC a 20ºC

0,09

Conductibilidad térmica 0,52 cal.cm/cm2.seg.ºC a20ºC

0,92

Resistividad eléctrica


0,0285 0,017

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Ohm.cm2/m a 20ºC Módulo elasticidad kg/mm2

de 6.900

11.200

Características del cobre y el aluminio

Aisladores 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, aunque también se emplea el vidrio templado y materiales sintéticos. Bajo el punto de vista eléctrico, los aisl resistencia ante las corrientes de fuga superficiales y tener suficiente espesor para evitar la perforación ante el fuerte gradiente de tensión que deben soportar. Para aumentar la resistencia al contacto, se moldean en forma acampanada Bajo el punto de vista mecánico, deben ser suficientemente robustos para resistir los esfuerzos debidos al peso de los conductores. Existen 2 tipos principales:

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

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 muestra la disposición de los aisladores en una cadena de suspensión o en una cadena de amarre.


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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 1.9). 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.

Elemento de la cadena de aisladores


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La sujeción del aislador al poste se realiza por medio de herrajes .En la figura se muestran los diferentes tipos de herrajes

Estructuras Soportes Estas deben mantener los conductores a suficiente altura sobre tierra y distanciados entre sí. En la parte más alta de la torre, se ponen conductores desnudos, llamados de guarda, que sirven para apantallar la línea e interceptar los rayos antes que alcancen los conductores activos situados debajo. Estos no conducen corriente alguna, por lo que normalmente se hacen de acero y se conectan solidariamente a tierra en cada torre. Las torres se conectan solidariamente a tierra, tomándose grandes precauciones para asegurar que la resistencia a tierra sea baja. Las estructuras de una línea pueden ser clasificadas en relación a su función, la forma de resistir los esfuerzos, y los materiales constructivos. Por su función las estructuras se clasifican en:

Estructuras de suspensión Los conductores están suspendidos mediante cadenas de aisladores, que cuelgan de las ménsulas de las torres. Resisten las cargas verticales de todos los conductores (también los cables de guarda), y la acción del viento transversal a la línea, tanto sobre conductores como sobre la misma torre. No están diseñadas para soportar esfuerzos laterales debidos al tiro de los conductores, por lo que se instalan en tramos rectos.


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Torre de suspensión de doble terna

Estructuras de retención Son para los lugares en donde la línea debe soportar esfuerzos laterales, producto del cambio de dirección o finales de línea básicamente se distinguen tres tipos: 1. Terminal: La disposición de los conductores es perpendicular a las ménsulas, la torre se dimensional para soportar fundamentalmente el tiro de todos los conductores de un solo lado, y en general es la estructura más pesada de la línea. 2. Angular: Se ubica en los vértices cuando hay cambio de dirección de la línea, la carga más importante que soporta es la componente del tiro (debida al ángulo) de todos los conductores. 3. Rompetramos: Algunas normas de cálculo sugieren el uso de estas estructuras con la finalidad básica de limitar la caída en cascada (dominó) de las estructuras de suspensión, y para facilitar el tendido cuando los tramos rectilíneos son muy largos. Cuando el diseño de Mantenimiento de Líneas de Transmisión

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las suspensiones se hace con criterio de evitar la caída en cascada el uso de estructuras rompetramo se hace innecesario.

Torre de retención angular Respecto de los esfuerzos, puede decirse que las estructuras de la línea resisten en general tres tipos de esfuerzos en condiciones normales: 

Cargas verticales debidas al peso propio, conductores, aisladores.



Cargas transversales debidas al viento sobre estructuras y conductores.



Cargas longitudinales debidas al tiro de los conductores.

Los materiales empleados usualmente para realizar la estructura son: madera, hormigón, acero y en zonas de difícil acceso en algunos casos se emplea el aluminio.


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CONDUCTORES AISLADOS Los cables aislados consisten, esencialmente, en uno o más conductores aislados mediante material enrollado sobre los conductores; además, dependiendo del tipo de cable y de la tensión para la que ésta diseñada, existen otros elementos que tienen principalmente por objeto lograr el mejor aprovechamiento de las cualidades de los aislamientos y la preservación de esas cualidades. Estos cables pueden clasificarse en cable monopolar y cable tripolar. En el caso general pueden distinguirse las siguientes partes componentes en

un cable: Cable unipolar

a)

El conductor:

Puede ser de cobre o aluminio y presentar una de las formas siguientes: solidó, compacto o concéntrico.

Conductores subterráneos

b)

Cubierta Semiconductora:

La cubierta semiconductora que se coloca inmediatamente sobre el conductor, tiene por objeto uniformar el gradiente eléctrico en la superficie del conductor, eliminando las distorsiones del campo eléctrico debidas a las protuberancias constituidas por los hilos de la capa exterior. El uso de materiales semiconductores se debe a que en esta forma se reduce la intensidad de las cargas eléctricas que pueden Mantenimiento de Líneas de Transmisión

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producir ionización, con respecto a la que se tendrá si se utilizasen cubiertas metálicas.

La cubierta semiconductora puede estar constituida por una cinta de papel de papel saturado en carbón coloidal, enrollada directamente sobre el conductor. Esta disposición se usa, por ejemplo, en los cables aislados con papel impregnado. En cables con aislamientos extraídos de construcción moderna, la cubierta semiconductora se aplica por extrusión usando un material semiconductor adecuado.

c)

El Aislante, puede ser de:

Papel impregnado: fue uno de los primeros materiales utilizados para el aislamiento de los cables para la transmisión de energía eléctrica y continua siendo el mejor aislamiento para cables de alta tensión. Sus principales características son las siguientes: Alta rigidez dieléctrica, bajas pérdidas dieléctricas, resistencia elevada a las descargas parciales (ionización), posee buenas características térmicas. Su gran desventaja consiste en que es muy higroscópico y que la absorción de la humedad deteriora considerablemente sus cualidades dieléctricas, por esta razón el aislamiento de papel debe secarse perfectamente durante el proceso de fabricación del cable y protegerse con un forro hermético. Para realizar este tipo de aislamiento se enrolla sobre el conductor cintas de papel, helicoidalmente, en capas superpuestas, hasta obtener el espesor de aislamiento deseado; a continuación se seca y se desgasifica el aislamiento calentándolo y sometiéndolo a un vacío elevado y se impregna con aceite mineral. Este aceite mineral para la impregnación se mezcla con una resina vegetal para aumentar su viscosidad y evitar así la migración del aceite aislante por gravedad hacia las partes más bajas de la instalación. En cables para tensiones más elevadas, el aislamiento se mantiene bajo presión por diferentes medios.

Termoplásticos: Son materiales orgánicos sintéticos obtenidos por polimerización. Se vuelve plástico al aumentar la temperatura lo que permite aplicarlos por extrusión en caliente sobre los conductores, solidificándose después al hacer pasar el cable por un baño de agua fría. Los termoplásticos más utilizados como aislamientos de cables eléctricos son el cloruro de polivinil (PVC) y el polietileno. El PVC mezclado con otra sustancia se utiliza extensamente como aislante sobre todo en cables de baja tensión, debido a su bajo costo, a su mayor resistencia a la ionización comparado con otros aislamientos orgánicos sintéticos y a poder obtenerse con


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mezclas adecuadas, temperaturas de operación que van desde 60º C a 150º C. Tiene el inconveniente de tener una constante dieléctrica elevada y en consecuencia pérdidas eléctricas altas, lo que limita su empleo en tensiones más elevadas. Actualmente se fabrica cable con aislamiento de PVC para tensiones hasta de 23000V.

El polietileno: Que se obtiene por polimeración de gas etileno, tiene excelentes características como aislante eléctrico: rigidez dieléctrica comparable a la del papel impregnado y pérdidas dieléctricas menores. Tienen también una conductividad térmica mayor que el papel impregnado, lo que facilita la disipación del calor. Las desventajas del polietileno es que puede producirse deterioro del aislamiento debido a descargas parciales producidas por ionización, su punto de fusión es bastante bajo del orden de los 110º C lo que limita la temperatura de operación de los cables aislados con polietileno a 75º C. Para mejorar las características térmicas se han desarrollado el polietileno de alta densidad y el polietileno vulcanizado o de cadena cruzada. El polietileno de alta densidad tiene un punto de fusión de 130º C mejores cualidades mecánicas y un costo menor.

Termofijo: Los aislamiento agrupados bajo el nombre de termofijos están constituidos por materiales que se caracterizan porque, mediante un proceso de vulcanización, se hace desaparecer su plasticidad y se aumenta su elasticidad y la consistencia mecánica. Éstos se aplican generalmente por extrusión y se someten a un proceso de vulcanización elevando la temperatura a los valores requeridos. Los más usados son el hule natural y los hules sintéticos, conocidos con el nombre genérico de elastómeros y más reciente algunos derivados del polietileno.

d) La pantalla: Está constituida por una capa conductora colocada sobre el aislamiento y conectada a tierra, que tiene por objeto principal crear una superficie equipotencial para obtener un campo eléctrico radial en el dieléctrico. La pantalla sirve también para blindar el cable contra potenciales inducidos por campos eléctricos externos y como protección para el personal, mediante su conexión efectiva en tierra. Puede realizarse mediante una cinta de papel metalizado o una cinta de un metal no magnético (cobre o aluminio) de un espesor del orden de los .8 mm, enrollada sobre el aislamiento. En los cables para alta tensión en los que los gradientes eléctricos aplicados al aislamiento son bajos, no se requiere Mantenimiento de Líneas de Transmisión

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un control de la distribución del campo eléctrico y por lo tanto puede prescindirse de la pantalla metálica; sin embargo ésta se usa en ocasiones en cables de baja tensión, para evitar la inducción de potenciales en los conductores, debidos a los campos eléctricos externos.

e) La Cubierta: Esta se coloca para proteger al cable contra agentes externos: humedad, calor, agentes químicos, esfuerzo mecánico durante el tendido. Puede ser metálica (plomo), termoplástica (PVC), elastomérica (neopreno) o textil (yute impregnado en asfalto), según la aplicación del cable. En cables empleados en las redes de distribución, se recubre todo además con cinta de acero para protección mecánica (flejes de acero), en cuyo caso el cable se llama "armado".


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CALIBRE DE LOS CONDUCTORES Se entiende por calibre, el área de la sección transversal, o cualquier otro parámetro que la defina (radio o diámetro). Existen dos sistemas internacionales aceptados, para definir el calibre de los conductores, estos son: 1. Sistema AWG 2. Sistema MCM El sistema AWG, proviene de las iniciales inglesas American Wire Gaje, en el sistema los calibres son definidos por una escala numérica, que cumple con que la relación entre números sucesivos de calibre es constante, entonces obedece a una progresión geométrica (cuya razón es 1.2610) La clasificación de los conductores AWG, resulta bastante acertada para los conductores de aplicación general, residencial e industrial, pero en la transmisión de grandes bloques de energía, en los sistemas de potencia, el calibre de los conductores supero los valores establecidos por la AWG, siendo necesario implementar un sistema que admitiera calibres mayores, y es donde nace el concepto de MILS.

LONGITUD ELÉCTRICA DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN La longitud de una línea de transmisión relativa a la longitud de onda que se propaga hacia abajo es una consideración importante, cuando se analiza el comportamiento de una línea de transmisión. A frecuencias bajas (longitudes de onda grandes), el voltaje a lo largo de la línea permanece relativamente constante. Sin embargo, para frecuencias altas varias longitudes de onda de la señal pueden estar presentes en la línea al mismo tiempo Por lo tanto, el voltaje a lo largo de la línea puede variar de manera apreciable. En consecuencia, la longitud de una línea de transmisión frecuentemente se da en longitudes de onda, en lugar de dimensiones lineales. Los fenómenos de las líneas de transmisión se aplican a las líneas largas. Generalmente, una línea de transmisión se define como larga si su longitud excede una dieciseisava parte de una longitud de onda; de no ser así, se considera corta. Una longitud determinada, de línea de transmisión, puede aparecer corta en una frecuencia y larga en otra frecuencia. Por ejemplo, un tramo de 10 m de línea de transmisión a 1000 Hz es corta = 300,000 m; 10 m es solamente una pequeña fracción de una longitud de onda). Sin embargo, la misma línea en 6 GHz es larga (A = 5 cm; la línea es de 200 longitudes de onda de longitud).


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PÉRDIDAS EN LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN Para propósitos de análisis se consideran las líneas sin pérdidas o ideales, como todo en la electrónica se considera ideal, pero no lo son. En las líneas existen ciertos tipos de pérdidas a continuación haremos una breve descripción de ellas.

Pérdida del conductor: Como todos los materiales semiconductores tienen cierta resistencia finita, hay una pérdida de potencia inherente e inevitable.

Pérdida por radiación: Si la separación, entre los conductores en una línea de transmisión, es una fracción apreciable de una longitud de onda, los campos electroestáticos y electromagnéticos que rodean al conductor hacen que la línea actúe como antena y transfiera energía a cualquier material conductor cercano.

Pérdida por calentamiento del dieléctrico: Una diferencia de potencial, entre dos conductores de una línea de transmisión causa la pérdida por calentamiento del dieléctrico. El calor es una forma de energía y tiene que tomarse de la energía que se propaga a lo largo de la línea. Para líneas dieléctricas de aire, la pérdida de calor es despreciable. Sin embargo, para líneas sólidas, se incrementa la pérdida por calentamiento del dieléctrico con la frecuencia.

Pérdida por acoplamiento: La pérdida por acoplamiento ocurre cada vez que una conexión se hace de o hacia una línea de transmisión o cuando se conectan dos partes separadas de una línea de transmisión. Las conexiones mecánicas son discontinuas (lugares donde se encuentran materiales diferentes). Las discontinuidades tienden a calentarse, a radiar energía, y a disipar potencia

Corona (descargas luminosas): La corona es una descarga luminosa que ocurre entre los dos conductores de una „línea de transmisión, cuando la diferencia de potencial, entre ellos, excede

el voltaje de ruptura del aislante dieléctrico. Generalmente, una vez que ocurre una corona, se puede destruir la línea de transmisión


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MANTENIMIENTO A LINEAS DE TRANSMISION El mantenimiento del sistema de líneas de transmisión de alta tensión esta comprendido para los niveles de 57.5 Kv, 115 Kv, 230 Kv y 500Kv. Las actividades básicas que comprenden las labores de mantenimiento son: Inspecciones visuales pedestres de infraestructuras eléctricas Inspecciones termo gráficas en instalaciones eléctricas e industriales Medición de resistencia de puestas a tierras Medición de resistividad del terreno Inventario de la infraestructura y procesamiento de la información Tala y Poda de árboles en zonas de servidumbres eléctricas Aislamiento de cable de guarda para la medición de puestas a tierra Control topográfico de estabilidad de estructuras Cambio de aisladores en suspensión y retención Limpieza de aisladores Reparación de conductor con empalme, blindaje y manguito Reparación de cable de guarda con empalme y blindaje Cambio, apertura y cierre de puentes Cambio de templetes Mejoramiento de resistencia de puestas a tierra Pintura de torres y postes Transporte de torres y postes Construcción de cimentaciones para postes, torres Cambio de herrajes de suspensión y retención Estudio de variantes Levantamientos topográficos Elaboración de presupuestos Estudio de afectaciones por líneas de transmisión Montaje de torres Hincada de postes Levantamiento con GPS Levantamiento de información predios zona de servidumbre

                 

        


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ELEMENTOS DE PROTECCION PERSONAL Los elementos de protección personal mas usados para las labres de mantenimiento realizadas sobre las líneas de transmisión de energía eléctrica son: 

Guantes:

Los guantes son fabricados en caucho natural para brindarle flexibilidad y caucho sintético con alta resistencia al efecto corona, se les debe realizar una revisión como mínimo dos veces al año para evitar porosidades que puedan afectar el aislamiento. Los guates son fabricados con la forma natural de la mano, sin costuras y con alta rigidez dieléctrica. 

Mangas:

Las mangas al igual que los guantes son fabricadas en caucho y son un complemento de los mismos ya que son empleadas para proteger el brazo, codo y el hombre del operario. 

Casco:

El casco es un elemento muy importante para la seguridad del operario, puesto que el cabello es un muy conductor de electricidad y para protegerlo de golpes que le puedan causar heridas, el casco tiene una rigidez dieléctrica de 20kV, la cual disminuye si el casco es pintado o perforado. 

Mantas:

Las mantas son fabricadas en caucho aislante, lo que las muy flexibles, son empleadas para cubrir herrajes o cualquier otro elemento de la red en el cual no sea posible la utilización de cubridores. 

Cubridores:

Los cubridores son fabricados en polietileno lineal con alta rigidez dieléctrica, como su nombre lo indica son empleados para cubrir los elementos de la red coma los aisladores, las crucetas, los descargadores de sobretensión, los cortacircuitos, postes, etc. Los cubridores generalmente son diseñados para trabajar a una tensión de 46kV fase-fase, su aspecto superficial es similar a la cera, por esta razón son frágiles a las caídas y golpes. 

Carro canasta:

La función principal del carro canasta es mantener a los operarios que se encuentren en él al mismo nivel de tensión que el circuito en el que se encuentran trabajando, además de ofrecer a los operarios comodidad para realizar sus labores, posee un brazo mecánico aislado que permite el movimiento de la canastilla, para descargar corrientes de fuga que se


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pueden presentar en el brazo, el carro es aterrizado con una varilla de cobre de puesta a tierra. ETAPA DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO La operación de la línea eléctrica se realizará de conformidad con la normatividad vigente. En particular, con el fin de garantizar la continuidad en el suministro de energía eléctrica, y la conservación en forma adecuada de los elementos que conforman la línea de transmisión eléctrica, será necesaria la implementación de un Programa de Mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo.

Mantenimiento predictivo: Este mantenimiento está basado en la determinación del estado del equipo en operación. El concepto se basa en que el equipo dará un tipo de aviso antes de que falle y este mantenimiento trata de percibir los síntomas para después tomar acciones.

Mantenimiento preventivo: Tiene como objetivo evitar las interrupciones de la línea, mejorando la calidad y continuidad en su operación y es consecuencia de las inspecciones programadas.

Mantenimiento correctivo: Es el que se realiza en condiciones de emergencia para aquellas actividades que quedarán fuera del control del mantenimiento preventivo, buscando tener recursos, con el fin de lograr el menor tiempo de interrupción. Este tipo de mantenimiento no es deseable, ya que afecta los índices de disponibilidad de la línea.


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ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO Y PERIODICIDAD No. Actividad

Periodicidad

1

Inspección mayor

1 x año

2

Inspección menor

1 x año

3

Patrullaje o inspección área

1 x año

4

Inspección de brechas a terceros

Cada 2 años

5

Medición de resistencia a tierra

Cada 4 años

6

Medición de corrosión

Cada 6 años

7

Cambio de energizada

aislamiento

con

línea 1 x año

8

Cambio de aislamiento desenergizada

con

línea 1 x año

9

Sustitución de empalmes de conducción o Cada 5 años de guarda

10

Reapriete de herrajes

Cada 3 años

11

Sustitución de conector de guarda

-----

12

Sustitución de cable de guarda

-----

13

Sustitución de cola de rata

-----

14

Mantenimiento a conexiones o cambio de ----puente

15

Reparación de conductor o hilo guarda

-----

16

Corrección al sistema de tierras

Cada 4 años

17

Corrección de corrosión

Cada 6 años

18

Corrección de brecha

1 x año

19

Limpieza de brecha por terceros

Cada 2 años

20

Mantenimiento de equipo y herramientas

Cada 2 años


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Las principales actividades de mantenimiento que deben realizarse en la Línea de Transmisión eléctrica se describen a continuación: 1. Inspección mayor: Se realizará cuando menos con una frecuencia de una vez por año, a lo largo de toda la Línea de Transmisión eléctrica. Esta revisión se hará a detalle en cada componente de la estructura, cables conductores, hilos de guardas y factores externos a la Línea de Transmisión eléctrica, susceptibles de ocasionar fallas en la misma como: brecha, contra perfiles, libramientos, cruzamientos con ríos, zonas de contaminación, vandalismo y áreas de incendio. 2. Inspección menor: Podrán realizarse hasta dos inspecciones menores por año, en el entendido de que en esta actividad no se requiere estrictamente subir a las estructuras. 3. Patrullaje o inspección aérea: Es una actividad que podrá realizarse en helicóptero o avioneta, en la cual se pueden detectar fallas notorias en el hilo de guarda, cable conductor, estructuras, brecha, aisladores, colas de rata, elementos estructurales, cimentaciones e invasión a derechos de vía. 4. Inspección de brechas a terceros: Comprende las actividades de supervisión y recepción de brecha por parte de CFE, cuando se maneje algún contrato de servicios por terceros. 5. Medición de resistencia a tierra: Se realizará cada 4 años, y se estima conveniente hacer programas de medición de resistencia de tierras al 100%. Al tratarse de una línea nueva, se medirán todas las estructuras antes de su puesta en servicio. El equipo más recomendable para medir resistencia de tierras en líneas de transmisión energizadas es el de alta frecuencia, el cual no requiere de desconexión. La medición de tierra se ejecutará en las épocas del año en el que el terreno permanece seco, fuera de la temporada de lluvia. 6. Medición de corrosión: Esta actividad se evaluará y programará en aquellas líneas que presenten corrosión conforme al manual CFE MMAOO- 01 “Evaluación de la corrosión para mantenimiento de estructuras metálicas de Líneas de

Transmisión”,

debiéndose

considerar

de

acuerdo

con

el

procedimiento, la medición de la corrosión en cimentaciones mediante la obtención de la resistividad del terreno y potencial a piso. 7. Cambio de aislamiento con línea energizada: Cambio de aislamiento con el uso de equipo de línea viva, pudiendo emplearse el método a potencial o con pértiga.


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8. Cambio de aislamiento con línea desenergizada: Actividad programada con líneas desenergizadas que no impliquen afectación de servicio o resten confiabilidad a la red o en su defecto que impliquen un alto riesgo, para el personal que realiza dicha actividad. 9. Sustitución de empalme de conductor o guarda: En aquellos tramos de la línea donde por termografía o inspección se detecten empalmes dañados o defectuosos (mecánicos o compresión), se deberá programar su reemplazo, considerando para ello el método que ofrezca mayor seguridad para el personal (uso de canastillas, bajar cable al piso, etc.). 10. Reapriete de herrajes: Incluye la corrección de conexiones deficientes por tornillería floja en clemas de suspensión y de remate, puente de cables de guarda y estructura en general 11. Sustitución de conectores de guarda: Esta actividad se programará cuando por necesidad se requiera cambiar los conectores de la cola de rata en el sistema de suspensión o tensión de los hilos de guarda en una estructura. 12. Sustitución de cable de guarda: En zonas de alta contaminación, donde los cables de guarda sean severamente atacados por corrosión, se programará la sustitución de los mismos, incluyendo los casos donde eventualmente se llega a tener ruptura de uno o más hilos del cable de guarda. 13. Sustitución del cable cola de rata: Esta actividad se realizará cuando se encuentre dañado el cable cola de rata. 14. Mantenimiento a conexiones o cambio de puente: Incluye sustitución de tornillería en zapatas o conectores mecánicos de estructuras de tensión-remate, remate-deflexión y/o transposición, así como cambio de puentes y conectores. 15. Reparación de conductor o hilo de guarda: Estos trabajos tienen como propósito efectuar reparaciones en cables con hilos rotos, golpeados o dañados por corrosión, descargas atmosféricas o vandalismo. 16. Corrección al sistema de tierras: Como resultado de un programa de medición en algunas líneas, resultarán valores de resistencia altos. Los valores mayores a 10 Ohms serán corregidos, utilizando preferentemente el método de contra antenas y electrodos y/o mejorando las propiedades del terreno artificialmente.


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17. Corrección de corrosión: Se aplicará el criterio del Manual CFEMMAOO-01. Para efectos de esta actividad, únicamente se está considerando la aplicación de recubrimiento anticorrosivo, previa preparación de superficies, tanto para la parte aérea, interface y enterrada. 18. Corrección de brecha: Se considera como el mantenimiento de brecha o poda de árboles que se realizará con personal de CFE, en zonas donde se detecte crecimiento de árboles que puedan afectar al funcionamiento de la línea y que pongan en riesgo la confiabilidad de la Línea de Transmisión eléctrica. 19. Limpieza de brecha por terceros: Como parte de las actividades de mantenimiento se conservará en condiciones óptimas la brecha abierta durante la construcción de la Línea, pudiéndose realizar a través de un contrato con terceros. 20. Mantenimiento de equipo y herramientas: Esta actividad se programará para efectuarse dos veces al año, debiéndose incluir equipo, personal de maniobra y de seguridad.


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PROCEDIMIENTOS ESPECIALES

Lavado de Aisladores La contaminación ambiental sobre aisladores puede causar un "cortocircuito" en las líneas. La respuesta a este problema es el lavado con agua a alta presión, pero el acceso a terrenos incómodos, puede ser caro y difícil y de vez en cuando es casi imposible. El sistema aerotransportado hace el lavado de aislador un proceso seguro, fácil y barato. Este proceso (EHV), es el sistema de lavado de aisladores más rápido, más eficiente y eficaz en el mundo La combinación de presión extremadamente alta, precisa y el volumen de agua, define que el EHV Sistema de Lavado, sea de superior calidad para el lavado de aisladores. El Sistema de Lavado ha sido utilizado muy satisfactoriamente en el mundo entero, con resultados superiores y eficacia incomparable. Independientemente del terreno o el ambiente, el sistema EHV de Lavado puede ser usado sobre líneas energizadas o des-energizadas y es conducido como una operación de Mano Desnuda en Línea Viva. (Live-Line/Bare-Hand). Los aisladores de polímeros se pueden limpiar con métodos diferentes a los del lavado con agua. 

Limpieza no energizada:

Si se puede retirar la energía a los aisladores para la limpieza, se pueden lavar a mano con paños de limpieza, con agua y detergente suave. Se recomienda que este procedimiento sea seguido por el enjuague con riego con agua limpia, a presión baja para eliminar cualquier residuo. Normalmente, no se recomiendan solventes ni abrasivos fuertes. Se pueden usar agentes humectantes y aditivos para mejorar la acción del lavado del agua para la limpieza. Se pueden usar solventes, siempre y cuando se eliminen todos los residuos de limpieza mediante el enjuague final con agua limpia y sólo con aprobación del fabricante. 

Limpieza energizada:

La limpieza con aire comprimido y /o abrasivo seco implica el uso de aire comprimido y un medio abrasivo seco para la limpieza. El compuesto abrasivo de limpieza con frecuencia consiste en tuza de maíz triturada mezclada con cáscaras de pecan o nuez trituradas. Se puede adicionar cal o sílice en polvo al compuesto o, se pueden usar solos para incrementar la capacidad abrasiva. El proceso de limpieza es similar al de arena a presión porque se usa flujo de aire presurizado para bombardear la superficie del aislador con el medio abrasivo. Después de la limpieza, el contaminante y el residuo de abrasivo que Mantenimiento de Líneas de Transmisión

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quedan en la superficie del aislador se retiran con aire comprimido seco y limpio.

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Boquilla a control remoto

La técnica para el lavado con boquilla a control remoto es muy similar a la de boquilla manual. La diferencia principal entre las dos técnicas es que la ubicación de la boquilla. Se hace a distancia desde la consola de un operador en la base de la pluma del camión. Se requiere un operador con conocimiento para ubicar la pluma en una ubicación que suministre un buen ángulo de lavado además de mantener las distancias de seguridad para el funcionamiento.

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Boquilla de aspersión fija

El lavado de línea viva con boquilla de aspersión fija ha probado ser efectivo en la prevención de problemas por el flameo debido a la contaminación con sal marina. Para cada instalación se deberían desarrollar y establecer equipos y parámetros de lavado. Esto se debe principalmente a que varios parámetros locales pueden influir en el lavado. Tales parámetros son la precipitación, la resistividad del agua, el viento, la gravedad de la contaminación y el diseño y montaje de la instalación de los aisladores que se van a lavar.

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Limpieza con aire comprimido

La técnica para este método es muy similar a la del lavado con presión alta. Primero, se limpian los aisladores que están cerca al conductor (uno o dos aisladores en cada porción de una cadena en V). Luego, se limpian los aisladores restantes, alejándose del conductor. Antes de que el flujo haga contacto con el conductor, debería estar fluyendo una corriente completa de limpiador y, de igual modo, una disminución en las libras por pulgada cuadrada sólo se debería hacer después de abandonar el conductor. 

Frotación con baño en equipo vivo

Se debe tener cuidado normal para observar las distancias de seguridad para el trabajo de las pértigas de trabajo en vivo. La precaución crítica es mantener los paños de limpieza lejos de cualquier objeto o soporte conectado a tierra. Cuando se usan dos pértigas, debe haber buena comunicación y coordinación entre los operadores. Helicóptero Las técnicas de lavado empleadas son similares a las del lavado con boquilla manual. Se requiere un piloto con conocimiento, o un equipo de piloto y operador, para ubicar el aparato y la pluma de lavado, de modo que suministre Mantenimiento de Líneas de Transmisión

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un buen ángulo de lavado además de mantener las distancias de seguridad para el trabajo con relación a otras fases, equipo de la torre y /o obstrucciones. Se emplean tres técnicas cuando se usa agua para lavar o limpiar la contaminación del aislamiento. 

Boquilla fija

Se extiende una boquilla fija desde el helicóptero, a lo largo del recorrido del rotor o guía hasta el exterior para dirigir y mantener el lavado. El piloto controla la dirección del flujo de agua moviendo el helicóptero, también controla la bomba del flujo de agua, según sea necesario. 

Boquilla móvil en una varilla fija

Este sistema es similar a la boquilla fija excepto, que el piloto solo controla la boquilla móvil. El helicóptero se lleva hasta la ubicación y la boquilla móvil controla la dirección del flujo del agua. 

Boquilla fija en una varilla móvil

Este método emplea una segunda persona para controlar la dirección y disponibilidad del flujo de agua. El helicóptero llega a la posición requerida y el lavado es controlado por la segunda persona.

Frecuencia del lavado La frecuencia del lavado varía dependiendo del grado de contaminación, las condiciones atmosféricas y el diseño del aislador en particular. Cuando se requiere lavado frecuente, algunas veces es económico instalar sistemas de tubería en las torres o sistemas de boquillas de aspersión fija permanentes para facilitar el lavado. Los aisladores se deben lavar antes de alcanzar el nivel crítico de contaminación. Este punto se puede estimar a partir de: a) Experiencias anteriores con relación a los periodos entre los flameos o los incendios en los postes. b) Densidad equivalente de la sal depositada permisible (ESDD) obtenida en ensayos en aisladores energizados y no energizados. c) Grado de centelleo (luminiscencia) durante las condiciones de clima húmedo. d) Quejas por interferencias. e) Proximidad y exposición a la fuente de contaminación.


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f) Tipo de contaminante y su velocidad de acumulación sobre el aislador. g) Condiciones atmosféricas (se ha observado que el peligro de flameos e incendios en los postes es particularmente mayor después de un periodo seco largo, ya sea en invierno o verano, seguido por una condición de neblina o llovizna ligera). h) Detectores en los aisladores que indican el nivel de contaminación (en áreas de contaminación consistente o de peor contaminación). Conclusiones Es muy importante para la simulación de los diferentes circuitos contar con una buena caracterización de estado de la línea, esto se logra registrando los valores de resistencia de puesta a tierra de cada una de las torres pertenecientes al circuito y actualizando dicha medida en la base de datos en un periodo no mayor de cinco años, además de contar con las respectivas densidades de descargas a tierra en cada una de las estructuras. Realizar inspecciones previas a todos los aisladores poliméricos para priorizar el cambio de aquellos que presenten mayores daños. Un buen mantenimiento acompañado de una buena técnica y tecnología, no permitirá prevenir cortes e inclusos desgracias Referencia www.ft.unicamp.br www.wikipedia.com http://materias.fi.uba.ar/6209/download/6-Lineas1.pdf es.slideshare.net wndw.net/pdf/wndw-es/chapter4-es.pdf www.tuveras.com/lineas/lineas.htm www.transener.com.ar/desarrollo-negocios-lineas.php www2.osinerg.gob.pe


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Mantenimiento Lineas de Transmision

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