1era asignación de sistemas de transmisión subestaciones y protecciones

Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Consideraciones y aspectos generales de los sistemas de transmisión de alta tensión
Alexis Ramos
U.P.T.” José Antonio Anzoátegui”
Notas del autor
Alexis Ramos C.I 27.380.434
Pnf Electricidad, Universidad Politécnica Territorial “José Antonio Anzoátegui”
Profesor: Ing. Manuel Lima C.I.10.260.254
23/04/2021
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Transmisión en alta tensión con corriente continua y alterna.
Transmisión en corriente alterna
El invento del transformador hizo posible la elevación eficiente y económica del voltaje
utilizando sistemas de corriente alterna. El sistema de corriente alterna trifásico es actualmente
de empleo general, ya que presenta la ventaja de que la potencia total suministrada es constante,
siempre que el sistema trifásico sea equilibrado, mientras que en un sistema monofásico la
potencia suministrada es pulsante.
La energía eléctrica se transporta en alta tensión para disminuir las pérdidas asociadas al
efecto Joule derivado del calentamiento de los conductores, que es proporcional a la intensidad
que circula por los conductores. Par la misma potencia, mayor tensión significa menor
intensidad, por lo que al elevar la tensión se disminuye la intensidad y por tanto las pérdidas.
Esto también es una razón de utilizar la corriente alterna, ya que los cambios de tensión para
disminuir las pérdidas son más fáciles de hacer que en corriente continua.
Para una misma potencia, un generador, un transformador o un motor trifásico es más barato y
pequeño que uno monofásico. Comparando el costo de los conductores de un sistema
monofásico de dos hilos con un sistema trifásico de tres hilos, se puede ver que el costo de los
cables de un sistema trifásico es aproximadamente la cuarta parte que el que corresponde al
sistema monofásico.
Transmisión en corriente continua
La energía eléctrica se genera en corriente alterna (c.a), los voltajes se elevan mediante un
trasformador al valor necesario y se rectifica para realizar la transmisión en corriente continua.
En el extremo receptor se sigue un proceso inverso. La transmisión en corriente continua (c.c).
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
La través de líneas tiene interés debido a que si se considera sólo la línea de transmisión,
excluyendo los equipos terminales, la transmisión en c.c. resulta más barata que con c.a. Para
líneas de transmisión muy largas, de cientos de kilómetros, vuelve a compensar la transmisión en
corriente continua, ya que en este caso nos limitaría la transmisión de potencia de la línea la
autoinducción que presenta la misma. En corriente continua no existe el problema de
autoinducción en la línea.
Curva de pérdidas de transmisión en alta tensión
La carga global de un sistema está constituida por un gran número de cargas individuales de
diferentes clases:
 Residencial, domiciliario o doméstico
 Comercial (restaurantes, negocios, hoteles, etc.)
 Industrial
 Alumbrado publico
 Agrícola o agropecuario
 Minero
 Artesanal o pequeña industria
 General (hospitales, colegios, instituciones públicas)
Cada uno de estos tipos de cargas tiene sus propias características de consumo, que vienen
identificadas por su curva de carga. La curva de carga representa la variación de la potencia
activa suministrada o consumida por un sistema en función del tiempo sea diario, mensual o
anual.
Figura N°1: Curva en función del diario.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Fuente: Gustavo Nava.
Figura N°2: Curva en función del mes.
Fuente: Gustavo Nava.
Figura N°3: Curva en función del año.
Fuente: Gustavo Nava.
Generalmente se utiliza la curva de carga diaria. La ordenada máxima de la curva de carga se
denomina Demanda Máxima (Dmax). La accisa de la curva nos define la energía suministrada o
consumida (Eo) en el tiempo To.
Figura N°4: Potencia consumida en función del día
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Fuente: Gustavo Nava.
Figura N°5: Potencia consumida en función del día
Fuente: Gustavo Nava.
La relación entre el área bajo la curva y el área que se obtendría si la demanda se mantuviese
a su valor máximo durante todo el tiempo considerado se llama factor de carga (fc).
𝑓𝑐 =
𝐸𝑜
𝐷𝑚á𝑥 𝑇𝑜
Figura N°6: Curvas de cagas típicas.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Fuente: Gustavo Nava.
Tabla N°1: Factores de cargas típicas
Domiciliario
Industrial
Alumbrado público
Riego
0.18 a 0.35
0.30 a 0.65
0.48 a 0.52
0.25 a 0.35
Fuente: Gustavo Nava.
La curva de pérdidas de transmisión, conocido el diagrama ordenado de cargas es posible
construir la curva de los cuadrados de las corrientes proporcional a las pérdidas (I2R).
Figura N°6: Curva de pérdidas de transmisión
Fuente: Gustavo Nava.
El área E´ que cubre la curva A´B´, formada por el cuadrado de las ordenadas de la curva AB.
Es proporcional a las pérdidas
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
𝟖𝟕𝟔𝟎
𝑬´ = ∫ 𝑰𝟐 𝑹𝒅𝒕
𝟎
También para la curva de pérdidas se puede construir un área rectangular de igual superficie
que la limitada por la curva. La abscisa de este cuadrilátero es el tiempo equivalente, e indica el
número de horas que multiplicado por la pérdida máxima de potencia I2max.R expresa las
pérdidas anuales de transmisión.
2
𝑬´ = 𝐼𝑚á𝑥
𝑅. 𝑇𝑒 = ∫ 𝐼 2 𝑅𝑑𝑡
En donde:
𝑇𝑒 =
∫ 𝐼 2 𝑅𝑑𝑡
2
𝐼𝑚á𝑥
De un estudio estadístico matemático de diagramas y pérdidas, resulta que existe una relación
funcional entre el factor de carga y el tiempo equivalente.
𝑇𝑒 =
8760𝑓𝑐
2 − 𝑓𝑐
Que nos permite hallar las pérdidas anuales de la transmisión de energía sin necesidad de
construir el diagrama ordenado.
2
𝐸´ = 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 𝐼𝑚á𝑥
𝑅. 𝑇𝑒
Criterios técnicos y económicos de líneas de transmisión en alta tensión
Función técnico económica de líneas
La importancia económica de las líneas se hace evidente cuando se transporta la energía en
gran escala. El transporte de energía por medio de líneas, resulta hasta cierta distancia un poco
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
económica. El transporte de la energía eléctrica se hace a diferentes voltajes, dependiendo de la
distancia y los volúmenes de energía a trasmitir.
Las líneas de transporte de energía eléctrica pueden clasificarse en baja tensión ≤ 1KV, media
tensión de 13,8 KV a 34,5KV, alta tensión de 69KV a 115KV, muy alta tensión de 115 KV a
230KV, y extra alta tensión desde 400KV a 765 KV o mayor a este último.
Factores que determinan la economía de una línea
a) Sección de los conductores
Para la determinación de la sección de los conductores, por una parte depende de su costo, su
resistencia eléctrica, que provoca pérdida de energía en ellos por efecto Joule y la caída de
tensión que influye en el funcionamiento de los receptores.
Una sección pequeña implica menores gastos y mayores pérdidas y caídas de voltaje, mientras
que una sección grande implica mayores gastos y menores pérdidas y caída de voltaje.
Por otro lado la sección de los conductores debe ser adecuada a la intensidad de la corriente
prevista, para impedir que exista una elevación de temperatura peligrosa.
Cualquiera que sea la naturaleza del conductor (cobre, aluminio, etc.) sus condiciones de
enfriamiento dependen del modo de estar instalado (desnudo, cubierto, aéreo, subterráneo, etc.) y
por tanto, también de ello depende la cantidad de calor desarrollada por efecto Joule para que
alcance el conductor la temperatura máxima admisible, o lo que es lo mismo, la sección mínima
que puede tolerarse para un valor dado de la corriente. Los conceptos a tener en cuenta en el
cálculo de la sección de los conductores son:
 Sección tomando en cuenta la elevación de temperatura, o densidad máxima admitida.
 Sección tomando en cuenta los costos de inversión y costo de pérdidas de energía
(sección económica).
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
 Sección tomando en cuenta la caída de tensión.
 Sección tomando en cuenta el efecto corona.
Estos criterios son independientes entre sí y el más desfavorable de ellos será el que, en
definitiva, determina el valor de la sección del conductor.
b) Tensión o voltaje
Para corriente continua o alterna sea monofásica o trifásica, para una misma potencia y un
mismo factor de potencia en el caso de corriente alterna, el valor eficaz de la corriente en los
conductores de una línea eléctrica, está en razón inversa al voltaje empleado y, por tanto, la
pérdida en aquellos está en razón inversa del cuadrado de dicho voltaje.
El voltaje más económico depende de la potencia a transmitir y de la longitud de la línea y
puede hallarse por medio de ecuaciones empíricas.
c) Tipo de soporte
El tipo de apoyo, soporte, estructura o poste, también tienen incidencia en el costo de una
línea. La elección del tipo y de su longitud depende del voltaje, de la distancia entre soportes y
del grado de seguridad que se pretenda dar a la línea Aunque los soportes podrían ser de
cualquier material, siempre que se cumplan las debidas condiciones de seguridad, solamente se
utilizan para construir apoyos la madera, el hormigón y el acero.
Los postes de hormigón tienen la ventaja de no necesitar conservación y su duración es
ilimitada, pero tienen el inconveniente de que su costo es mayor que los de madera y, como su
peso es grande. Los gastos de transporte aumentan cuando no se fabrican en el lugar de
emplazamiento.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Los postes metálicos pueden ser tubulares, de perfiles laminados y de celosía. Estas
estructuras son las más caras y son utilizadas generalmente en líneas de alta tensión, ya que
permite obtener alturas de más de 30 metros en el caso de las estructuras de celosía.
d) Trazo de la línea y vano (distancia entre soportes)
El costo de una línea también dependerá de la topografía del terreno. Si es cordillera, el vano
queda definido por la topografía del terreno. Si es llano u ondulado, el vano se puede considerar
constante.
Por otro lado el vano determina la altura de las estructuras. Para un vano mayor implica
menos postes y menores gastos, y con postes más largos serán mayores gastos. Para un vano
menor implica más postes y mayores gastos y colocando postes más cortos serán menores
gastos.
La longitud del vano influye considerablemente en el costo total de una línea aérea, por lo que
es conveniente elegirlo dentro de una idea de máxima economía. Cuanto mayor sea la longitud
del vano elegido, menor será el número de apoyos y de aisladores, pero los apoyos deberán ser
más altos y robustos, como consecuencia de las mayores flechas resultantes y de los mayores
esfuerzos que deberán soportar.
Por el contrario, si adoptamos vanos pequeños, mayor será el número de apoyos y de
aisladores, pero los apoyos podrán ser más bajos y menos robustos, como consecuencia de las
menores flechas resultantes y de los menores esfuerzos que deberán soportar. Sin tener en cuenta
el precio de los conductores de una línea, que prácticamente es independiente de la longitud del
vano adoptado.
f) Nivel de aislamiento
g) Protección (hilos de guarda)
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Materiales empleados en líneas de transmisión en alta tensión
Conductores
En la construcción de líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica, se usa casi
exclusivamente conductores metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos
metálicos (alambres) alrededor de un hilo central. Los metales utilizados en la construcción de
líneas aéreas deben poseer tres características principales:
 Tener una baja resistencia eléctrica, para evitar pérdidas por efecto Joule.
 Tener una alta resistencia mecánica, para soportar los esfuerzos permanentes o
accidentales.
 Tener un costo razonable
Los materiales que satisfacen estas condiciones son pocos, el Cobre, el Aluminio, Aleación de
aluminio y el Aluminio-Acero y son los que se utilizan normalmente en la transmisión de energía
eléctrica.
Conductores para líneas aéreas
Estos conductores van sujetos a los aisladores; éstos, a través de la ferretería o los herrajes,
son colocados en las crucetas, que a su vez, se colocan sobre la estructura o soporte (poste) que
los mantiene distanciados del suelo. El aluminio y sus aleaciones son los conductores más
usados, siendo las referencias más comercializadas los:
 Cables homogéneos de aluminio puro (AAC): Se utilizan metales con un título no
inferior al 99.7 %, condición esta que también asegura resistencia y protección de la
corrosión.
 Cables homogéneos de aleación de aluminio (AAAC): Se utiliza normalmente como
cable aéreo desnudo para redes de distribución. La aleación de aluminio le proporciona
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
una alta relación resistencia / peso, además tiene una mejor resistencia a la corrosión que
el ACSR.
 Cables mixtos aluminio con núcleo de acero (ACSR): Estos conductores están
compuestos de varios alambres de aluminio, de igual o diferente diámetro nominal, y de
alambres de acero galvanizado. El cableado con núcleo de acero permite alcanzar una alta
resistencia mecánica pudiendo disminuir con ello el número de apoyos y de aisladores al
poderse aumentar la longitud de los vanos, todo esto sin sacrificar la corriente máxima
que puede soportar el cable
 Conductor de aluminio con refuerzo de aleación (ACAR): Utilizado normalmente como
cable aéreo en líneas de distribución y transmisión. La buena relación resistencia-peso
hacen del ACAR un cable recomendable en el diseño de las líneas de transmisión. A
igual peso el ACAR ofrece mejor resistencia mecánica que el ACSR.
 Cable aislado multipolar trenzado: En las redes de distribución, para reemplazar a las
líneas aéreas de aluminio desnudo o aislado, se ha generalizado un nuevo tipo de montaje
a partir de cables trenzados.
Conductores para líneas subterráneas
Estos presentan características como:
 Conductores: Generalmente son cableados (varios hilos) y su misión es conducir la
corriente.
 Capa semiconductora: El conductor se recubre de una capa semiconductora, cuya misión
es doble. Por una parte, impedir la ionización del aire, que en otro caso se produciría en la
superficie de contacto entre el conductor metálico y el material aislante, y por otra,
mejorar la distribución del campo eléctrico en la superficie del conductor.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
 Aislante: Cada conductor lleva un envolvente aislante, de diferentes características, según
el tipo de cable. Se emplea generalmente papel impregnado en aceite mineral o aislantes
secos como son el policloruro de vinilo, el polietileno, el caucho natural o sintético y el
etileno-propileno.
 Pantalla: Se aplica una pantalla sobre cada uno de los conductores aislados con el fin de
encerrar el campo eléctrico al interior del cable y limitar la influencia mutua entre cables
próximos. La pantalla está constituida por una envoltura metálica de cobre.
 Rellenos: Su misión es dar una forma cilíndrica al conjunto de los tres conductores.
 Armadura: Es un envolvente constituido por cintas, pletinas o alambres metálicos.
 Cubierta: Recubre exteriormente el cable, protegiendo la envoltura metálica de la
corrosión y de otros agentes químicos.
Según su configuración, los cables subterráneos se pueden dividir en unipolares y
multipolares. Con respecto al campo, se clasifican en radiales y no radiales.
Cables unipolares
Este cable fue empleado en corriente continua, pero en la actualidad se usa mucho en muy alta
tensión. Está constituido por una sola alma, que casi siempre es de sección circular. Los
aislamientos y la protección son similares al cable multipolar.
Cable multipolar
Se denomina cable multipolar el formado por dos o más conductores, bien sean de fases,
neutro, protección o de señalización y cada uno tiene su propio aislamiento. Los principales tipos
de cables multipolares son:
 Bipolar: Destinado al transporte de energía eléctrica por corriente continua o monofásica.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
 Tripolar: Empleado en el transporte de corriente alterna trifásica. Las formas de los
conductores pueden ser circulares o sectoriales y la sección de la cubierta es normalmente
circular.
 Tetrapolar: Está constituido por cuatro conductores, tres fases y neutro, siendo éste de
menor sección que las fases.
Cable de campo no radial
El campo eléctrico en la masa del aislamiento no es radial, ya que, además del campo debido
a su propio conductor, inciden los campos de las otras dos fases, dando lugar a componentes
tangenciales.
Cables de campo radial
Para evitar los problemas que plantean los cables de campo no radial se coloca una pantalla
exterior constituida por un envolvente metálico (cinta de cobre, hilos de cobre, etc.) que confinan
el campo eléctrico al interior del cable. Estos cables se emplean para alta tensión y se fabrican de
forma unipolar o multipolar.
Aisladores
Los aisladores cumplen la función de sujetar mecánicamente el conductor manteniéndolo
aislado de tierra y de otros conductores. Deben soportar la carga mecánica que el conductor
transmite al soporte, poste o la torre. Deben aislar eléctricamente el conductor de la torre,
soportando el voltaje en condiciones normales y anormales, y sobretensiones hasta las máximas
previstas.
La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiamente dicho, como por su
superficie y el aire que rodea al aislador. La falla eléctrica del aire se llama contorneo, y el
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
aislador se proyecta para que esta falla sea mucho más probable que la perforación del aislante
sólido.
Materiales de los aisladores
 Aisladores de porcelana: Es una pasta de arcilla, caolín, cuarzo o alúmina, y por horneado
se obtiene una cerámica de uso eléctrico. Su estructura es homogénea y, para dificultar
las adherencias de la humedad y polvo, la superficie exterior está esmaltada.
 Aisladores de vidrio: Están fabricados por una mezcla de arena silícea y de arena
calcárea, fundida con una sal de sodio a una temperatura de 1300 ºC, obteniéndose por
moldeo. Su color es verde oscuro. El material es más barato que la porcelana y su
transparencia facilita el control visual.
 Aisladores de materiales compuestos de esteatita y resinas epoxi: Se emplean cuando han
de soportar grandes esfuerzos mecánicos, debido a que su resistencia mecánica es
aproximadamente al doble que la de la porcelana, y sus propiedades aislantes también son
superiores; sin embargo, el inconveniente que tienen es el de ser más caros.
Tipos de aisladores
 Aisladores fijos: También llamados rígidos. Tienen forma de campana, montados sobre
un perno y se construyen de porcelana o vidrio. A medida que el voltaje crece, el tamaño
de los aisladores y esfuerzos también aumentan, y se transforman en aisladores de
columna aptos para soportar esfuerzos de compresión y de flexión. En estos casos pueden
ser de porcelana y modernamente de materiales compuestos (polímeros).
 También llamados de campana generalmente varios forman una cadena, se hacen de
vidrio o porcelana con insertos metálicos que los articulan con un grado de libertad. Están
constituidos por un número variable de elementos según la tensión de servicio; estas
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
cadenas son móviles alrededor de su punto de unión al soporte, y además, las
articulaciones entre elementos deben tener bastante libertad para que los esfuerzos de
flexión queden amortiguados
Grado de aislamiento
Se llama grado de aislamiento a la relación entre la longitud de la línea de fuga de un aislador
o la total de la cadena y la tensión entre fases de la línea.
Apoyos
Se denominan apoyos, soportes, estructuras, o postes a los elementos que soportan los
conductores y demás componentes de una línea aérea separándolos del terreno.
Poste de madera
Es el más generalizado y económico. Su campo de aplicación es casi exclusivamente en líneas
de baja tensión y en media tensión (líneas de subtransmisión).
Poste de hormigón armado
El poste de hormigón armado es el más utilizado en las líneas eléctricas de baja y media
tensión. En el país actualmente se está ampliando su uso a líneas de alta tensión. Según el
sistema de fabricación se dividen en:
 Postes de hormigón armado vibrado: se someten a unas vibraciones, consiguiendo que la
masa de hormigón se vaya asentando y reduciendo el volumen de aire ocluido. La
sección de estos postes suele ser rectangular o en forma de doble T. Tienen alturas
comprendidas entre los 7 y los 18 metros.
 Postes de hormigón armado centrifugado: Su forma es troncocónica y su armadura es
longitudinal y transversal. Se fabrican en moldes de madera, que giran alrededor de su eje
a una gran velocidad, comprimiéndose el hormigón por la fuerza centrífuga, quedando
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
una superficie exterior compacta y a un grosor adecuado, formando bloque con las
armaduras metálicas y dejando la parte inferior hueca.
 Postes de hormigón armado pretensado: Se fabrican con hormigón vibrado y llevan en su
interior alambres de acero que se someten a tensión antes de colar el hormigón. Cuando
el hormigón adquiere cierto grado de fraguado, se cortan los hilos; al quedar sin tensión,
los hilos tienden a acortarse, pero, al impedirlo la masa de hormigón, comprimen ésta.
Poste metálico
El metal más empleado en la fabricación de este poste es el acero al carbono St 37 o St 52 en
forma de tubo o bien de perfiles laminados en L, U, T, I, etc.
Poste metálico tubular
Está formado por tubos de acero de diferentes diámetros, fabricados de una sola pieza, con
uno o varios estrechamientos o fabricados de varias piezas, con juntas tubulares o cilíndricas,
mediante tornillos. El poste tubular es ligero y resistente y de aspecto exterior muy bueno. Se
emplea para instalaciones en el interior de poblaciones.
Poste metálico de perfiles laminados
Empleado casi exclusivamente en baja tensión, está formado por perfiles de U, I, etc., y con la
unión o acoplamiento de varios de estos perfiles.
Poste metálico de celosía
Está construido por perfiles laminados o redondos, montados en celosía y unidos a los
montantes por remaches, tornillos o soldadura. Se construyen generalmente en dos o cuatro
montantes.
Cimentaciones para apoyos
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
Las cimentaciones de los apoyos utilizados en las líneas eléctricas, está basado en las fuerzas
exteriores que actúan sobre un determinado apoyo, las cuales deben contrarrestarse con las que
se transmiten a la parte del apoyo que se halla empotrada en el terreno.
Existe la posibilidad de que ciertos apoyos de madera y hormigón no lleven cimentación, en
cuyo caso exige que dichos apoyos se hallen empotrados en el terreno una profundidad mínima.
Disposición de conductores y tipos de estructuras en los sistemas de transmisión en alta
tensión.
Selección del tipo de conductor
Los conductores de aluminio con alma de acero (ACSR) y los de aleación de aluminio
(AAAC), tienen muy buenas características de resistencia mecánica, que permiten en el caso de
trazos rectilíneos, trabajar con los máximos esfuerzos que le son permitidos, como consecuencia
se tienen grandes vanos.
Conductores simples y múltiples
La sección de los conductores debe ser suficiente para transportar la potencia con cierta
densidad de corriente, de manera que el calor que se genera por efecto Joule sea disipado
alcanzándose en el conductor temperaturas moderadas.
Disposición de los conductores
 Coplanar horizontal: minimiza la altura, corresponde mayor ancho, y en consecuencia
mayor franja de servidumbre. Se utiliza en altas tensiones y grandes vanos. Las torres
bajas son solicitadas por menor momento y resultan de tamaños y pesos menores que con
otras disposiciones.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
 Coplanar vertical: Da a las estructuras máxima altura. Se utiliza para corredores
estrechos, y da por resultado torres más altas.
 Triangular horizontal: Da alturas intermedias, los corredores son un poco más anchos, las
alturas algo menores que para el caso anterior. Se utiliza en voltajes medios con
aisladores rígidos.
 Triangular vertical: Da alturas algo mayores y se usa en niveles de voltaje mayores.
Cadenas de aisladores
La forma de sujetar los conductores pueden ser: fijo (aislador rígido) o flexible (cadena de
aisladores). Cuando es de interés impedir este movimiento se utilizan cadenas de suspensión en
V, es importante notar que siempre ambas cadenas deben trabajar a tracción.
Clasificación de las estructuras por los materiales
 Madera
 Hormigón armado
 Acero
Clasificación de las estructuras por su función
 Estructuras de suspensión: los conductores están suspendidos mediante cadenas de
aisladores o bien están apoyados sobre aisladores rígidos.
 Estructuras de retención: básicamente se distinguen tres tipos:
a) Terminal: La disposición de los conductores es perpendicular a las ménsulas, la
torre se dimensiona para soportar fundamentalmente el tiro de todos los
conductores de un solo lado, y en general es la estructura más robusta de la línea.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
b) 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.
c) Tensión: también llamadas rompetramos. Se sugiere el uso de estas estructuras
con la finalidad básica de limitar la caída en cascada (dominó) de las estructuras
de suspensión, cuando existe rotura del cable, y también de las usa para facilitar el
tendido cuando los tramos rectilíneos son muy largos.
Hilos de guardia
La mejor solución para proteger líneas aéreas contra sobretensiones atmosféricas es impedir
que éstas entren en los conductores de líneas aéreas. Para eliminar totalmente la influencia del
campo electroestático atmosférico sobre los conductores habría que construir alrededor de ellos
una jaula de Faraday, lo que es económica y técnicamente imposible.
Distancias de seguridad en líneas eléctricas
 Altura de las estructuras: La altura de los apoyos será la necesaria para que los
conductores con su máxima flecha vertical, queden situados por encima de cualquier
punto del terreno o superficies de agua no navegables.
 Distancias mínimas de seguridad: En ciertas situaciones especiales, como cruces y
paralelismos con otras líneas o vías de comunicación, pasos sobre bosques, pasos sobre
zonas urbanas, etc., se deben cumplir unas distancias mínimas de seguridad con el fin de
reducir la probabilidad de accidentes.
 Zonas de servidumbre: El espacio de separación que deben tener las líneas eléctricas
respecto de las construcciones, a ambos lados está definido por las distancias de
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
seguridad. La zona de servidumbre consiste en dos franjas de terreno a ambos lados de la
línea eléctrica:
a) Toda línea de transmisión con tensión nominal igual o mayor a 57,5 kV, debe
tener una zona de servidumbre, también conocida como zona de seguridad o
derecho de vía.
b) Dentro de la zona de servidumbre se debe impedir la siembra de árboles o
arbustos que con el transcurrir del tiempo alcancen a las líneas y se constituyan en
un peligro para ellas.
c) No se deben construir edificaciones o estructuras en la zona de servidumbre,
debido al riesgo que genera para persona, animales y la misma estructura.
d) En los planes de ordenamiento territorial se deben tener en cuenta las limitaciones
por infraestructura eléctrica, en el uso del suelo.
e) La empresa operadora de la red debe negar la conexión a la red de distribución
local a una instalación que invada la zona de servidumbre, por el riesgo que a la
salud o la vida de las personas ocasionaría dicha construcción.
Parámetros Eléctricos de una Línea de Transmisión en alta tensión.
Resistencia eléctrica en corriente alterna
 Resistencia eléctrica: La principal causa de las pérdidas de energía en las líneas de
transmisión es la resistencia de los conductores. Se entiende por tal resistencia, la llamada
resistencia efectiva del conductor, cuyo valor es medida en ohmios.
 Efecto Superficial: Suponiendo que el conductor está compuesto por una serie de
filamentos paralelos al eje del conductor, todos de la misma sección y longitud, por tanto
de la misma resistencia. Al circular corriente alterna, se produce un flujo variable, que al
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
cortar los filamentos de que se ha considerado está compuesto el conductor, inducirá una
fuerza electromotriz en cada filamento opuesta a la diferencia de potencial aplicada entre
los extremos del conductor.
Reactancia inductiva
 Inductancia de un sistema monofásico de dos hilos: El flujo magnético (líneas de
inducción) se forma tanto en el interior como en el exterior del conductor. Los que
forman el flujo exterior encierran toda la corriente del conductor, mientras que el flujo
interior, solamente encierra una parte o fracción de la corriente.
 Inductancia de un sistema trifásico: Cuando los conductores de una línea trifásica no
tienen una disposición simétrica entre sí, las reactancias inductivas de los tres hilos no
serán iguales, lo que tendrá un efecto en una caída de voltaje distinta en cada una de las
fases, lo que es indeseable desde el punto de vista de operación. Para evitar esa situación,
se realiza una transposición de fases de los conductores a la tercera y dos terceras partes
de su longitud.
 Coeficiente de autoinducción generalizado: En las líneas trifásicas, el coeficiente de
autoinducción por fase en su expresión generalizada es:
1
𝐷𝑀𝐺
𝐿𝑘 = ( + 2𝑙𝑛
) 10−4 (𝐻⁄𝐾𝑚)
2𝑛
𝑅𝑀𝐺
dónde:
n = número de conductores por fase:
n = 1 para fases simples.
n = 2 para fases dúplex.
n = 3 para fases tríplex.
n = 4 para fases cuádruplex.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
DMG = distancia media geométrica entre ejes de fases, generalmente en mm.
RMG = radio medio geométrico (radio ficticio) del grupo de conductores de la fase, generalmente
en mm, definido por:
𝑛
𝑅𝑀𝐺 = √𝑛. 𝑟. 𝑅 𝑛−1
r = radio del conductor en milímetros.
R = radio en milímetros de la circunferencia que pasa por los centros de los conductores que
forman la fase.
Los conductores de las fases de una línea de alta tensión pueden tener la disposición dúplex,
tríplex y cuádruplex.
Reactancia capacitiva
 Capacitancia de un sistema monofásico de dos hilos: Los conductores de una línea eléctrica,
aislados entre sí y de la tierra, desde el punto de vista electrostático, es equivalente a un
condensador, y cuando están a potenciales distintos, toman una carga eléctrica.
 Capacitancia de un sistema trifásico: En las líneas de baja tensión las secciones de los
conductores son pequeñas y las distancias entre conductores medianas, por lo que la capacitancia
tendrá valores pequeños. En cambio en las líneas de alta tensión, las secciones son más grandes, y
también la separación entre conductores es muy grande por lo que obtendremos valores muy
pequeños. El efecto de la capacidad se nota más en las líneas subterráneas, ya que los conductores
están muy juntos y separados por dieléctricos.
 Capacitancia de circuitos trifásicos en paralelo: En el caso de tener varios circuitos trifásicos en
paralelo o circuitos con varios conductores por fase, la capacitancia al neutro será:
𝐶𝑛𝑘 =
55,6
𝐷𝑀𝐺
𝑙𝑛 𝑅𝑀𝐺 10−9
Donde para calcular el RMG de un grupo de conductores, se debe utilizar el radio exterior de
cada conductor y no el radio medio geométrico de cada conductor (r.m.g.), ya que la carga
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
eléctrica de los conductores está en la superficie de estos. La DMG y el RMG se calculan de igual
forma que para la inductancia
𝑋𝐶𝑘 =
1
2𝜋𝑓𝐶𝑛𝑘
 Efecto tierra sobre la capacitancia de las líneas: Hasta ahora sólo se consideró la capacitancia de
la línea asumiendo que los conductores están colocados en un dieléctrico de extensión infinita.
Para líneas con voltajes mayores a 220 kV, la distancia entre fases, es ya del mismo orden que la
distancia a tierra, por tanto no se puede despreciar el efecto tierra sobre la capacitancia. La
presencia de la tierra y los hilos de guarda hace aumentar ligeramente la capacitancia de las
líneas.
 Capacitancia de una línea monofásica con retorno por tierra (MRT): El conductor tiene una carga
+λ (C/m) que induce en el plano de la tierra una carga negativa. La superficie de la tierra es una
superficie equipotencial y las líneas de fuerza llegan perpendicularmente. Se obtendrá la misma
distribución del flujo eléctrico si sustituimos la tierra por un conductor ficticio a una distancia h
bajo la superficie de la tierra, igual a la altura del conductor sobre dicha superficie y con una
carga –λ (C/m).
 Capacitancia de una línea trifásica tomando en cuenta el efecto tierra: Las fórmulas para
el caso de una línea monofásica de dos hilos se aplican también para calcular la
capacitancia al neutro de un circuito trifásico.
𝐶𝑛𝑘 =
55,6
10−9
𝐷𝑀𝐺
𝑙𝑛 (𝑅𝑀𝐺 𝐹𝑒𝑡 )
Donde:
𝐹𝑒𝑡 =
3
2𝐻𝑀𝐺
√4(𝐻𝐺𝑀𝐺)2 + (𝐷𝑀𝐺)2
HMG: Altura media geométrica √ℎ1 , ℎ2 , ℎ3 y h1 h2 y h3 son las alturas medias de los tres
conductores.
Encabezado: SISTEMAS DE TRABNSMISIÓN, SUBESTACIONES Y PROTECCIONES
 Capacitancia generalizada: La siguiente expresión permite calcular la capacitancia de una
línea con cualquiera disposición, con haz de conductores y tomando en cuenta el efecto
tierra:
𝐶𝑛𝑘 =
55,6
10−9
𝐷𝑀𝐺
𝑙𝑛 (𝑅𝑀𝐺 𝐹𝑒𝑡 )
Conclusiones
Un sistema de transmisión está formado por una etapa inicial llamada generación, el cual
mediante líneas conductoras interconectan y transporta energía eléctrica hasta la etapa final
llamada carga o consumo. La líneas de transmisión están compuestas por conductores
normalmente de desnudo para el caso de redes aéreas, los cuales se sostienen mediante soportes,
bien sea postes de acero o de hormigón, y ajustada con aisladores, los cuales se encargan de
mantener fijos y separados los conductores entre sí, capaces de soportar el peso mecánico de los
mismo, así como también el nivel de tensión en condiciones normales y de fallas. Estos puede
ser de material de porcelana, vidrio o poliméricos, también se encargan de aislar la parte
energizada de los soportes. Cabe mencionar que existen factores y condiciones en el diseño de un
sistema de transmisión donde el diseño de este puede resultar económico.
Referencias
Gustavo
A.
Nava.
Líneas
de
transmisión.
Disponible
en:
https://dlscrib.com/download/lineascapitulo6_5991f3d9dc0d60642e300d17_pdf