República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria I.U.P. “Santiago Mariño” Extensión COL – Sede Ciudad Ojeda Características de las estructuras de una Línea de Transmisión Estudiante: Jose Herrera CI. 20.857.133 Cod. 43 INTRODUCCIÓN Las líneas de transmisión son estructuras de guiado de energía cuyas dimensiones, salvo una, son pequeñas frente a la longitud de onda de los campos electromagnéticos. Confinan la energía electromagnética a una región del espacio limitada por el medio físico que constituye la propia línea, a diferencia de las ondas que se propagan en el aire, sin otra barrera que los obstáculos que encuentran en su camino. La línea está formada por conductores eléctricos con una disposición geométrica determinada que condiciona las características de las ondas electromagnéticas en ella. También se consideran a las líneas de transmisión como un conjunto de dispositivos para transportar o guiar la energía eléctrica desde una fuente de generación a los centros de consumo (las cargas). Y estos son utilizados normalmente cuando no es costeable producir la energía eléctrica en los centros de consumo o cuando afecta el medio ambiente (visual, acústico o físico), buscando siempre maximizar la eficiencia, haciendo las perdidas por calor o por radiaciones las más pequeñas posibles. CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN Cargas que intervienen. Las líneas de transmisión están sometidas a las acciones del viento, la nieve, el hielo y también a las variaciones de temperatura que se producen durante el día en las diversas estaciones del año y al propio calentamiento del conductor. Estas acciones influyen en la resistencia mecánica de los conductores, por lo tanto, se deben adoptar medidas para que los esfuerzos sobre los conductores estén dentro de los límites de seguridad tolerados. Las magnitudes de estos esfuerzos están establecidas en los reglamentos de instalaciones eléctricas de los diversos países de acuerdo a sus características climatológicas. Como se dijo anteriormente, el peso se refleja en la componente vertical de la tensión y es producto de las fuerzas gravitacionales. El viento se puede presentar en ráfagas o en forma constante y actúa sobre el cable y las estructuras generando principalmente fuerzas perpendiculares a las líneas y movimientos de oscilación en los conductores. La oscilación máxima de un conductor es muy importante para calcular el tamaño y separación de los brazos de las torres, a fin de mantener las distancias eléctricas mínimas, para determinar el ancho de las servidumbres de paso y las cargas transversales sobre las estructuras. El tramo de peso representa el equivalente a la cantidad total de cable soportado por una estructura dada, y que multiplicado por el peso unitario del conductor permite determinar la carga total gravitacional que actúa sobre la estructura. Para calcular el tramo de peso debe tomarse la longitud real del conductor desde la "panza" del cable en el vano anterior a la estructura, hasta la "panza" del cable en el vano posterior a la misma (ver fig. Nº 6), o sea la suma L1 + L2. Debe hacerse énfasis que, en general, el tramo de peso no corresponde necesariamente a la mitad del vano anterior más la mitad del vano posterior, sino que esto se da exclusivamente cuando los vanos son totalmente planos. Generalmente las torres que presentan mayores valores de tramos de peso son aquellas ubicadas en la cúspide de los cerros y las partes altas de los perfiles. Debe ponerse especial atención a este problema, porque se podrían presentar fallas en las líneas, causadas por la excesiva oscilación de las cadenas de aisladores en suspensión, al quedar éstas prácticamente flojas por la falta de peso en las cadenas. La solución más adecuada en estos casos consiste en colocar estructuras más altas o contrapesos que compensen las fuerzas de levantamiento. Conductores. Un cable es un elemento cuya configuración física se puede comparar con el de una cadena (del latín “catena”), debido a la desproporción que existe entre la longitud y su sección transversal, característica que le da una gran flexibilidad. Esto se aplica también a los vanos con cadenas de remate, siempre y cuando el vano sea lo suficientemente grande como para hacer despreciable el peso de las cadenas de aisladores. De lo contrario, el peso de los aisladores distorsionaría la catenaria, al igual como sucede cuando hay un peso concentrado en un punto de un cable suspendido. Los cables que se utilizan para la conducción de electricidad presentan un diámetro único y por tanto tienen un peso constante por unidad lineal. La curva que se forma en un cable suspendido libremente entre dos apoyos, es conocida bajo el nombre de "catenaria". Este modelo garantiza que únicamente se presentarán fuerzas de tensión cuya dirección es tangencial al cable, o sea en la dirección del cable. Se pueden resumir las principales características y el comportamiento de los sistemas de cables de la siguiente manera: a) La longitud es muy grande en relación al diámetro. b) Peso uniforme por unidad de longitud (diámetro constante). c) Gran flexibilidad, por lo que se puede suponer sin rigidez en flexión (cadena) d) Como consecuencia de lo anterior, se concluye que los cables, al igual que una cadena, solamente pueden trabajar en tensión. e) La línea de acción de la fuerza de tensión en el cable, lógicamente es tangente a la curva del mismo. f) En ausencia de viento, La tensión del cable se puede descomponer en una componente horizontal y otra vertical y como no hay otra fuerza aplicada en la dirección horizontal, la componente horizontal de la tensión de un cable tiene la misma magnitud en todos los puntos de la curva del vano, tal como se desprende del siguiente diagrama de cuerpo libre. g) La componente vertical de la tensión varía desde un valor cero en la "panza" del cable (B), hasta un valor máximo en los apoyos (C). Los apoyos que estén a mayor altura soportarán por tanto mayor carga vertical o peso de cable. h) De lo anterior resulta que la inclinación de la curva del cable es un indicador directo de la magnitud de la carga producida por el peso en un punto específico, Esto se puede observar a la salida del cable de las grapas de tensión o suspensión. Entre mayor sea el ángulo, mayor es la carga de peso. i) Como la tensión total resultante en el cable es la suma vectorial de la componente horizontal (constante) y la componente de peso (que varía con la distancia del apoyo a la “panza” de la catenaria), entonces la tensión total del cable cambia en magnitud y dirección en todos los puntos de la curva y es siempre tangente a la misma. Anclajes. Al igual que los equipos, los anclajes del cable deben estar suficientemente alejados de las torres para que el ángulo de salida del conductor no sea mayor a 14º. Esto evita la sobrecarga vertical de los brazos de la estructura y disminuye la tendencia del anclaje a salirse del terreno. La profundidad y el tipo de anclaje requerido varían en función de las cargas involucradas y las condiciones específicas que se presentan. En el cálculo de los anclajes debe considerarse la componente vertical de la tensión en el anclaje que tiende a levantar el mismo y debe compensarse con el peso del anclaje, y la componente horizontal que presiona sobre la pared del foso de anclaje y que debe de revisarse en función de la capacidad del suelo. En muchos casos, para retener los conductores, es suficiente utilizar troncos de madera enterrados unos 3 metros. Si el terreno no presenta buenas características o se quiere evitar el costo de las excavaciones, es posible utilizar anclas móviles constituidas por bloques de concreto. La cantidad de bloques requeridos depende de la cantidad de conductores a anclar, de la tensión y del ángulo de salida de los cables. Este tipo de anclas prefabricadas ahorran mucho tiempo y operaciones constructivas, pero son difíciles de transportar a sitios sin acceso para vehículos. En ningún caso los anclajes deben utilizarse para aterrizar líneas o equipos. Para ello se usan varillas de cobre o de acero clavadas en el terreno. Empalmes. Los conductores deben ser empatados, en su localización definitiva, por medio de mangas de compresión especialmente diseñadas para tal fin. En alto voltaje está prohibido el uso de empates preformados, o de aquellos que no resistan el 100% de la tensión de ruptura del cable. No se permite que estas mangas de empalme pasen por las poleas pues podrían dañarse, por ello, durante el tendido se utilizan temporalmente medias de unión para el conductor. Cuando el cable esté en su posición final, se baja y se procede a hacer el empate preferiblemente cerca del suelo. Otra forma es realizar el empate del conductor en forma aérea. Es fundamental que las mangas de empalme estén adecuadamente centradas, alineadas e instaladas para cumplir con los requerimientos mecánicos y eléctricos. Entre el manguito para unir el núcleo de acero y los hilos de aluminio, debe dejarse un espacio de aproximadamente 13 mm a cada lado para permitir la expansión del aluminio, una vez comprimido. Empates mal hechos pueden producir sobrecalentamientos en los hilos del conductor durante la operación de la línea, que pueden debilitar el cable. Los componentes o grasa para juntas deben llenar los espacios vacíos internos de las mangas, con lo cual se mejora la conductividad eléctrica de la unión y se previene contra la corrosión. Existen también los empalmes modernos “implosivos” que se realizan a través de una pequeña explosión. Para este tipo de empalme debe también tenerse cuidado con la grasa protectora que traen algunos cables de acero, la cual debe limpiarse para garantizar una adecuada adherencia. Estos empalmes son sumamente seguros y prácticos y permiten ahorrar mucho tiempo y hacer las operaciones constructivas mucho más eficientes. Al realizar un empalme deben conectarse temporalmente los extremos abiertos con un cuello ("jumper") o aterrizarse. Esto evitará accidentes por descargas eléctricas en el caso de que el personal esté en serie con la línea, En ningún caso los empates deben quedar a menos de 20 metros de una torre de suspensión y es recomendable que se alejen a por lo menos 40 metros. No deben quedar empates en cruces de autopistas, ferrocarriles, líneas de transmisión, líneas de distribución importantes, ríos caudalosos, etc. En cada vano se permite como máximo un empate o manga de compresión. No se permiten empates en vanos con torres de remate o ángulo. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Proyecto de una línea eléctrica de transmisión aérea de 8kM, Francisco Hijano Ramos • Diseño de líneas de transmisión, CFE (2014) • Estudio de selección de rutas, Leonardo Cardona • Metodología de construcción de líneas de transmisión eléctrica, Jorge Quezada (2005) • Fundamentos para líneas de transmisión, Carlos Chávez y Mayra Pereira
