3. MATERIALES EMPLEADOS EN LÍNEAS DE TRANSPORTE

5/9/2018 3. MATERIALES EMPLEADOS EN LÍNEAS DE TRANSPORTE - slidepdf.com

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3.1. CONDUCTORES

3.1.2. Cables para líneas subterráneas

En la figura podemos ver las distintas partes que constituyen los cables empleados en

canalizaciones subterráneas, que son:

1.- Conductores. Generalmente son cableados y su misión es conducir lacorriente. Cada uno de los cables se llama cuerda.

2.- Capa semiconductora. El conductor se recubre de una capasemiconductora, cuya misión es doble. Por una parte, impedir la ionizacióndel aire, que en otro caso se produciría en la superficie de contacto entre elconductor metálico y el material aislante. Y por otra, mejorar la distribucióndel campo eléctrico en la superficie del conductor.

3.- Aislante. Cada conductor lleva un envolvente aislante, de diferentescaracterísticas, según el tipo de cable. Se emplea generalmente papelimpregnado en aceite mineral o aislantes secos como son el policloruro devinilo, el polietileno, el polietileno reticulado, el caucho natural o sintético yel etileno-propileno.

4.- Pantalla. Se aplica una pantalla sobre cada uno de los conductoresaislados con el fin de confinar el campo eléctrico al interior del cable ylimitar la influencia mutua entre cables próximos. La pantalla estáconstituida por una envoltura metálica de cobre.

5.- Rellenos. Su misión es dar forma cilíndrica al conjunto de los tresconductores.



6.- Armadura: Es un envolvente constituido por cintas, pletinas oalambres metálicos.

7.- Cubierta. Recubre exteriormente el cable, protegiendo la envolturametálica de la corrosión y de otros agentes químicos.

Según su configuración, los cables subterráneos se pueden dividir en unipolares ymultipolares. Con respecto al campo, se clasifican en radiales y no radiales. Y según elaislamiento en cables con aislamiento sólido y cables con aislamiento sólido y aceite.

3.1.2.1. Cable unipolar

Este cable se ha empleado en corriente continua, pero en la actualidad se emplea muchoen muy alta tensión. Está constituido por una sola alma, que casi siempre es de seccióncircular. Los aislamientos y la protección son similares al cable multipolar.

En los últimos años, los aumentos en la demanda de potencia han llevado al uso detensiones cada vez mayores. El problema que se presenta es el de elegir entre cable unipolar y tripolar, dependiendo de los factores económicos, capacidad de transporte y gastos deinstalación.

3.1.2.2. Cable multipolar

Se denomina cable multipolar el formado por dos o más conductores, bien sean de fases,neutro, protección o de señalización; cada uno lleva su propio aislamiento y el conjunto puede completarse con envolvente aislante, pantalla, recubrimiento contra la corrosión yefectos químicos, armadura metálica, etc.



Los principales tipos de cables multipolares son:

a) Bipolar. Destinado al transporte de energía eléctrica por corrientecontinua o monofásica.

b) Tripolar. Empleado en el transporte de corriente alterna trifásica. Lasformas de los conductores pueden ser circulares o sectoriales y la sección dela cubierta es normalmente circular.

c) Tetrapolar. Está constituido por cuatro conductores, tres fases y neutro,siendo éste de menor sección que las fases.

3.1.2.3. Cable de campo no radial

El campo eléctrico en la masa del aislamiento no es radial, ya que, además del campodebido a su propio conductor, inciden los campos de las otras dos fases, dando lugar acomponentes tangenciales, como se puede ver en la figura. Esta forma de trabajo nofavorece el aislamiento, por lo que queda relegado únicamente hasta tensiones de unos15kV.

3.1.2.4. 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 en alta tensión y se fabrican de forma unipolar o multipolar.



3.1.3. Empalmes de conductores y cables

Las bobinas de cable y los rollos de conductor tienen una determinada longitud, en

función del fabricante, del diámetro del conductor, de las dimensiones de carrete de la bobina, del peso, etc. Por ello, en la mayoría de las líneas, será preciso usar varios rollos ocarretes de cable; en consecuencia, deberán empalmarse los extremos de los conductorescon el fin de que cumplan las dos condiciones de continuidad eléctrica y resistenciamecánica.

a) Empalmes en líneas aéreas

Los dos métodos más empleados para la realización de empalmes son:

- Empalmes por compresión.

- Empalmes en tensión.

Los empalmes a compresión de cables de un solo material se realizan introduciendo loscables en el manguito de empalme, una vez limpios para evitar oxidaciones y cuidando quequeden centrados en él, además de quedar a tope (uno contra otro); posteriormente,mediante unas tenazas de compresión o prensa hidráulica, se realizan las hendiduras quedejará solidario el manguito a los conductores.

Los empalmes a compresión de cables aluminio-acero se realizan en dos fases:

a) Primero se limpian los extremos de los cabos, cortándose con cuidadolos hilos de aluminio que rodean el acero; la longitud de cable de aceronecesaria será función de las dimensiones del manguito de acero.

b) Una vez cortados los hilos de aluminio en los dos cabos, se introduce,en uno de los lados, el manguito de aluminio; después se introducen lasalmas de acero en el manguito de acero procurando que queden a tope y, posteriormente, se realiza la compresión del manguito de acero; concluida



esta última operación, se centra el manguito de aluminio en el empalme y serealiza la compresión. Cuando se realizan empalmes en cables de seccionesimportantes, las tenazas de compresión no son suficientes para realizar estafunción y es necesario usar prensas hidráulicas reducidas.

Los empalmes de tensión se realizan mediante un manguito hembra en el que seintroducen unas piezas cónicas que se alojan entre las capas del conductor y, mediantemuelles o roscas, hacen que el cable se clave en el manguito exterior. Este tipo de empalmees recomendable cuando las condiciones mecánicas a que va a quedar sujeto el conductor son muy grandes (grandes tensiones), recordando que, cuanto mayor es la tensión, mayor esla presión entre el conductor y el manguito exterior (se clava más).

b) Empalmes en líneas subterráneas

Los empalmes de cables subterráneos armados deben realizarse con gran cuidado para nodar lugar a puntos de aislamiento débil en una red. Se utilizan cajas metálicas o de plástico

para este fin.Con objeto de obtener un cierre hermético, los bordes de una de las mitades de la caja

llevan una ranura y los de la otra un reborde que ajusta perfectamente en aquella al unir ambas mitades, asegurándose el cierre por collares o bridas de presión apretadas por mediode tornillos y tuercas. Efectuado el empalme de los conductores por medio de manguitosmetálicos, se encajan las dos mitades, se aprietan las tuercas de las bridas y se vierte en elinterior de la caja por orificios practicados en una de las dos mitades, una sustanciaaisladora y no higroscópica, tal como resina de epoxi de la casa CIBA (ARALDIT) y setaponan los mencionados orificios por medio de tornillos.

3.1.4. Canalizaciones subterráneas Cuando el cable se quiere enterrar directamente, con el fin de que no se dañe con las piedras o imperfecciones del terreno, se vierte en el interior de la zanja y por encima delcable, unos 25 cm. de arena fina, colocando un ladrillo de tabicar, rasilla o teja, que protejaal cable de posteriores actuaciones sobre la línea. A unos 20 cm. del nivel del suelo secoloca una malla señalizadora, a fin de evitar posibles accidentes en alguna excavación posterior. El cable enterrado debe ir perfectamente aislado para impedir el aplastamiento ola perforación del mismo.

Si el sistema de conducción adoptado es el uso de canalizaciones de fibrocemento o

bancos de tubos, éstos se depositan sobre el fondo de la zanja y se recubren con hormigón,que al fraguar, los dejará completamente rígidos. Debe tenerse especial cuidado en la uniónde los tubos o multitubos, de forma que no queden en el interior de la construcción salientesque deterioren posteriormente el cable; de igual forma, sus juntas deben ser recubiertasespecialmente de hormigón más fluido, con el fin de que no penetre por ellas el agua delluvia.



3.2. AISLADORES

3.2.1. Condiciones generales

Los conductores empleados en líneas aéreas, en la mayor parte de los casos, sondesnudos; por lo tanto, se necesita aislarlos de los soportes por medio de aisladores,fabricados generalmente con porcelana o vidrio. La sujeción del aislador al poste se realiza

por medio de herrajes. Pero además, un aislador debe tener las características mecánicasnecesarias para soportar los esfuerzos a tracción a los que está sometido.

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, las cualidades específicas que debencumplir los aisladores son:

1.- Rigidez dieléctrica suficiente para que la tensión de perforación sea lomás elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del vidrio o porcelana y del grueso del aislador. La tensión de perforación es la tensión ala cual se ceba el arco a través de la masa del aislador.

2.- Disposición adecuada, de forma que la tensión de contorneamiento presenta valores elevados y por consiguiente no se produzcan descargas decontorno entre los conductores y el apoyo a través de los aisladores. Latensión de contorneamiento es la tensión a la que se ceba un arco a través delaire siguiendo la mínima distancia entre fase y tierra, es decir, el contornodel aislador. Esta distancia se llama línea de fuga.



3.- Resistencia mecánica adecuada para soportar los esfuerzosdemandados por el conductor, por lo que la carga de rotura de un aislador debe ser cuanto menos igual a la del conductor que tenga que soportar.

4.- Resistencia a las variaciones de temperatura.

5.- Ausencia de envejecimiento.

Los aisladores son, de todos los elementos de la línea, aquellos en los que se pondrá elmáximo cuidado, tanto en su elección, como en su control de recepción, colocación yvigilancia en explotación. En efecto, frágiles por naturaleza, se ven sometidos a esfuerzoscombinados, mecánicos, eléctricos y térmicos, colaborando todos ellos a su destrucción.Todo nuevo tipo de aislador necesita ser confirmado por un uso muy prolongado, dada laimperfección de nuestro conocimiento en esta materia.

3.2.2. Materiales empleados en los aisladores

Aisladores de porcelana

Su estructura debe ser homogénea y, para dificultar las adherencias de la humedad y polvo, la superficie exterior está recubierta por una capa de esmalte. Están fabricados concaolín y cuarzo de primera calidad. La temperatura de cocción en el horno es de 1400º C.

En alta tensión, los aisladores son de dos, tres o más piezas unidas con yeso. Esto se debea que solamente se consigue una cocción buena cuando su espesor no excede de 3 cm.

Aisladores de vidrio

Están fabricados por una mezcla de arena silícea y de arena calcárea, fundidas con unasal de sodio a una temperatura de 1300 ºC, obteniéndose por moldeo. Su color es verdeoscuro. El material es más barato que la porcelana, pero tienen un coeficiente de dilataciónmuy alto, que limita su aplicación en lugares con cambios grandes de temperatura; laresistencia al choque es menor que en la porcelana. Sin embargo, debido a que el coste esmás reducido y su transparencia facilita el control visual, hacen que sustituyan en muchoscasos a los de porcelana.

Aisladores de esteatita y resinas epoxi

Se emplean cuando han de soportar grandes esfuerzos mecánicos, debido a que suresistencia mecánica es aproximadamente el doble que la de la porcelana, y sus propiedadesaislantes también son superiores; sin embargo, el inconveniente que tienen es el de ser máscaros.

3.2.3. Tipos de aisladores

1.- Aisladores fijos



Están unidos al soporte por un herraje fijo y no pueden, por consiguiente, cambiar normalmente de posición después de su montaje. Su forma general es la de una campanaque lleva en su parte superior una garganta sobre la que se fija el conductor por unaligadura (de hilo de cobre recocido para conductores de cobre o de hilo de aluminio paraconductores a base de aluminio). El vástago está empotrado en su interior y queda debajo

de la campana. Este vástago puede ser recto o en forma de cuello de cisne. Se puedenencontrar aisladores con el interior roscado para atornillarlo a la parte superior del vástago,disposición que facilita la sustitución de un aislador defectuoso, evitando desmontar elvástago.

El aislador fijo más simple es el de las líneas telefónicas, o el de las líneas de bajatensión (Modelo ARVI-12). Cuando la tensión es más alta, se acostumbra a prolongar lalínea de fuga dando a la campana ondulaciones profundas e inclinadas hacia abajo; cuandoel tamaño del aislador es grande o la campana es complicada, no puede fabricarse de unasola pieza, por lo que debe estar constituida por la unión de 2, 3 ó 4 campanas superpuestas,unidas por yeso o cemento (modelo ARVI-32).

Los mayores aisladores fijos corresponden a una tensión de servicio de 63 kV. Puedenser de porcelana o vidrio.

2.- Aisladores en cadena o suspendidos

Están constituidos por un número variable de elementos según la tensión de servicio;estas cadenas son móviles alrededor de su punto de unión al soporte, y además, lasarticulaciones entre elementos deben tener bastante libertad para que los esfuerzos deflexión queden amortiguados; estas articulaciones suelen ser de rótula.

Este tipo de aislador es el más empleado en media y en alta tensión, ya que presenta lassiguientes ventajas:

1.- Permite elevar la tensión de funcionamiento con sólo aumentar lalongitud de la cadena, es decir, colocando más elementos.

2.- No se interrumpe el servicio por rotura de un aislador, ya que lacadena sigue sustentando al conductor.

3.- Presenta una gran economía en la reparación de las cadenas, puessolamente es necesario cambiar el elemento averiado.

Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuación estudiamos:

a) Caperuza-vástago: Este aislador se compone de una campana de porcelana o vidrio, enforma de disco y que lleva en su parte inferior algunas ondulaciones. En la parte superior dela campana está empotrada una caperuza de fundición o acero, y en su parte inferior en unhueco bastante reducido, lleva un vástago sellado al aislador. Vástago y caperuza seadaptan uno y otro por una articulación de rótula, formando de esta forma una cadena tan



larga como se quiera. Se fabrican en porcelana o en vidrio templado. Existen numerososmodelos con diversas características eléctricas y mecánicas. A título de ejemplo se dan lasespecificaciones para un aislador de suspensión modelo 1.512 fabricado por VICASA.

La figura siguiente nos muestra la disposición de los aisladores en una cadena de

suspensión o en una cadena de amarre.

b) Motor: Este elemento está constituido por un núcleo cilíndrico de porcelana dediámetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dos faldas anchas; en los dosextremos están empotrados dos caperuzas análogas a las de los aisladores caperuza-vástago.La unión de los aisladores Motor entre sí se hace con un pequeño vástago cilíndricoterminado en dos rótulas.

La diferencia esencial entre el aislador Motor y el elemento caperuza-vástago reside en elhecho de que el primero es rigurosamente imperforable en servicio, mientras que elsegundo puede, en ciertas circunstancias, perforarse antes de ser contorneado,especialmente por la acción simultánea de esfuerzos mecánicos y acciones eléctricas.



c) Langstab: Este modelo es una ampliación del aislador Motor y se denomina Langstab(larga línea de fuga). Está constituido por un largo cilindro de porcelana de 80 a 100 cm.,con ondulaciones bastante profundas y terminado en dos caperuzas.

3.- Aisladores especiales

a) Antiniebla: Su principal característica consiste en tener ondulaciones más profundasque permitan una mayor tensión de contorneamiento.

b) De costa: La campana exterior es más ancha y alta, de forma que protege

completamente contra el rocío a las faldas interiores. Los depósitos de humedad (niebla,rocío, condensación de origen variable) lo mismo que el depósito de cuerpos conductoresextraños (humos industriales) reducen considerablemente la tensión de contorneamiento delos aisladores. Cuando se combinan las dos acciones, llegan a impedir la explotación de lared a su tensión nominal. Se impone un aumento del nivel de aislamiento, o la utilizaciónde aisladores de un calibre superior al que sería estrictamente necesario en circunstanciasnormales. La protección más difícil de realizar es la de líneas en regiones industriales, pueslos depósitos contaminantes se introducen en todas las canaladuras del aislador, donde sonllevadas a veces por la misma humedad.

AISLADOR FIJO MODELO ARVI-12 (Vidrio)



Tensión mínima de contorneo en seco 52 kV.

Tensión mínima de contorneo bajo lluvia 34 kV.

Tensión mínima bajo lluvia a 50 Hz durante 1 minuto 32 kV.

Tensión mínima de perforación en aceite 80 kV.

Tensión nominal normal de utilización 10 kV.

Longitud mínima de la línea de fuga 250 mm.

Carga mínima de rotura a la flexión 1.200 kg.

Peso neto aproximado 1,7 kg.

AISLADOR FIJO COMPUESTO MODELO ARVI-12 (Vidrio)



Tensión mínima de contorneo en seco 92 kV.

Tensión mínima de contorneo bajo lluvia 65 kV.

Tensión mínima bajo lluvia a 50 Hz durante 1 minuto 60 kV.

Tensión mínima de perforación en aceite 135 kV.

Tensión nominal normal de utilización 20 kV.

Longitud mínima de la línea de fuga 510 mm.

Carga mínima de rotura a la flexión 1.200 kg.


AISLADOR DE SUSPENSIÓN MODELO 1.512 (Vidrio templado )



Tensión de perforación en aceite 130 kV.

Longitud de la línea de fuga 291 mm.

Carga de rotura mecánica, mínima garantizada 12.000 kg.

Esfuerzo permanente normal 4.800 kg.


CARACTERÍSTICAS ELEMENTALES DE LAS CADENAS

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Vs 78 130 180 225 270 310 350 395 435 475

Vl 45 80 115 150 185 215 250 290 325 360

Donde:

N = Número de elementos por cadena.

Vs = Tensión de contorneo en seco a frecuencia industrial en kV.

Vl = Tensión de contorneo bajo lluvia a frecuencia industrial en kV.



AISLADOR DE SUSPENSIÓN MODELO 1.515-P PARA

ATMÓSFERAS CONTAMINADAS

Tensión de perforación en aceite 130 kV.

Longitud de la línea de fuga 510 mm.

Carga de rotura mecánica, mínima garantizada 16.500 kg.

Esfuerzo permanente normal 6,600 kg.


CARACTERÍSTICAS ELEMENTALES DE LAS CADENAS

N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Vs 100 170 235 305 370 425 490 540 595 650

Vl 50 80 130 170 215 250 290 335 385 420

Donde:



N = Número de elementos por cadena.

VS = Tensión de contorneo en seco a frecuencia industrial en kV.

VL = Tensión de contorneo bajo lluvia a frecuencia industrial en kV.

3.2.4. Ensayos de aisladores

Someter a los aisladores a una serie de ensayos nos permite comprobar si poseen lascaracterísticas mecánicas y eléctricas para las que han sido fabricados. Analizaremos lacalidad de la porcelana o del vidrio, la tensión de contorneamiento en seco o en lluvia, latensión de perforación y la resistencia mecánica del aislador.

a) Ensayo de la calidad de la porcelana y del vidrio

Un ensayo elemental para darnos cuenta de la calidad de la porcelana y de su buenavitrificación consiste en romper el aislador y examinar las superficies de fractura, quedeben ser brillantes y homogéneas y en ningún caso presentarán fisuras, oquedades o burbujas. Se comprueba también que el esmalte superficial esté exento de grietas, sea duroe inatacable por los agentes atmosféricos. También resulta interesante estudiar la porosidadde la porcelana y su variación con los cambios de temperatura.

Los aisladores de vidrio se analizan con luz ordinaria y polarizada, comprobando laausencia de fisuras y de burbujas.

b) Ensayo de contorneamiento

En este ensayo se comprueba si la tensión de contorneamiento es realmente laespecificada por el fabricante. Esta tensión es aquella en la que se produce un arco odescarga disruptiva por la superficie del aislamiento entre el soporte metálico y elconductor.

El ensayo se realiza sometiendo al aislador a una tensión cada vez más elevada entre lacaperuza y el vástago, hasta que se produce el arco eléctrico; en ese momento estaremosante la tensión de contorneamiento.

El ensayo se realiza también bajo lluvia artificial controlada con una inclinación de 45º

sobre el aislador. La tensión de contorneamiento bajo lluvia es menor que en condicionesnormales pero siempre debe ser superior a la tensión nominal de empleo del aislador.

Los aisladores se fabrican con el interior ondulado con el fin de aumentar la longitud quedebe recorrer el arco eléctrico para que salte. Esta distancia se llama línea de fuga y es unacaracterística fundamental en los aisladores.

c) Ensayo de perforación



La tensión de perforación es aquella en que se produce la rotura del aislador, ya que elarco eléctrico atraviesa el vidrio o la porcelana.

Con frecuencia industrial, la perforación del aislador no puede ser obtenida estandorodeado de aire, ya que saltaría el arco por la superficie y no por el interior. Por lo tanto se

impide la formación del arco de contorneo sumergiendo el aislador en aceite mineral, conlo cual se puede elevar la tensión de prueba hasta obtener la rotura o la perforación delaislador.

Herrajes y formas de suspensión para cadenas de aisladores



d) Ensayo mecánico

Los aisladores se someten durante 24 horas consecutivas a un esfuerzo mecánico detracción aplicado axialmente, igual al especificado por el fabricante.

En la figura siguiente se representan los herrajes y formas de suspensión para cadenas deaisladores:

3.2.5. Reparto de potencial entre los distintos elementos de una cadena desuspensión

La tensión de contorneamiento en seco de un elemento caperuza-vástago normal (modelo1.512) de 254 mm. de diámetro es de 78 kV. Cuando se forma una cadena de n elementosno se tiene una tensión de contorneamiento de n . 78 kV. sino inferior. Por ejemplo:

5 elementos soportan 270 kV. (media de 54 kV.)

10 elementos soportan 475 kV. (media de 47,5 kV.)

15 elementos soportan 670 kV. (media de 44,6 kV.)

Ello se debe a la desigual repartición del potencial a lo largo de la cadena. Desde el puntode vista de las capacidades, una cadena de aisladores es equivalente al conjunto decondensadores conectados como se muestra en la figura siguiente para el supuesto de treselementos.



Como se deduce de la simple inspección de la figura, la corriente de capacidad a travésdel elemento más próximo a la línea es mayor que la de todos los demás y va disminuyendoen cada uno de ellos con su lugar de colocación, en el orden conductor-soporte, sucediendolo mismo con la diferencia de potencial sufrida por los mismos y cuya expresión es:

;Llamamos C a la capacidad que presenta cada aislador, c a la capacidad de cada uno

respecto a tierra, Vn al potencial del conductor de la línea con relación a tierra, Vn-1 al potencial en la unión de los dos últimos elementos, etc.. Y puesto que las corrientes decapacidad están en fase (adelantadas π /2 sobre las tensiones) tenemos:

i1 = i´1 + i´´1

i´1 = i´2 + i´´2

...................

Como en general se verifica que I = C V, queda:C (Vn - Vn-1) = C (Vn-1 - Vn-2) + C Vn-1

C (Vn-1 - Vn-2) = C (Vn-2 - Vn-3) + C Vn-2 .....................................................................

Dividiendo por C y haciendo K = c/C resulta que:



Vn - Vn-1= Vn-1 - Vn-2 + k Vn-1

Vn-1 - Vn-2 = Vn-2 - Vn-3 + k Vn-2

.............................................

Obteniéndose el siguiente sistema de ecuaciones:

Vn = (2 + k) Vn-1 - Vn-2

Vn-1= (2 + k) Vn-2 - Vn-3

..................................

EJEMPLO

Sea una cadena de suspensión de tres aisladores sometidos a una tensión de 75 kV.;sabiendo que k = 0,2, hallar la tensión que soporta cada aislador.

Aplicamos la fórmula general:

Vn = (2 + k) Vn-1 - Vn-2

Vn-1 = (2 + k) Vn-2 - Vn-3

y como Vn-3 = 0, sustituyendo, queda:

Vn-2 = 19,5 kV.

Vn-1 = 42,9 kV.

El aislador más cercano al apoyo soporta una tensión de :

19,5 kV.

el siguiente aislador soporta:

42,9 kV - 19.5 kV = 23,4 kV.

y el aislador más cercano al conductor soporta:

75 kV - 42,9 kV = 32,1 kV.

3.2.6. Grado de aislamiento

Se llama grado de aislamiento a la relación entre la longitud de la línea de fuga de unaislador (o la total de la cadena) y la tensión entre fases de la línea.

El grado de aislamiento viene dado por la expresión:



en donde:

* GA = grado de aislamiento (cm/kV).

* LF = línea de fuga (cm).

* E = tensión compuesta más elevada (kV)

* n = número de aisladores de la cadena.

Los grados de aislamiento recomendados, según las zonas que atraviesan las líneas, sonlos siguientes:

ZONAS GA (cm / kV)

Forestales y agrícolas 1,7 - 2

Industriales y próximas al mar 2,2 - 2,5

Fábricas de productos químicos 2,6 - 3,2

Centrales térmicas > 3,2

EJEMPLO

Sea una línea de 132 kV. que está situada en una zona forestal y agrícola. Calcular elnúmero de aisladores de la cadena suponiendo que se instalan elementos caperuza-vástagode referencia 1512 fabricados por Esperanza S.A.

Del catálogo de aisladores sabemos que la línea de fuga para un elemento es de 291 mm.

El Reglamento nos marca que la tensión más elevada para una línea de 132 kV. es de 145kV.

Sustituyendo los valores en la fórmula obtenemos para un grado de aislamiento de 2:



por lo tanto la cadena será de 10 aisladores.

3.3. APOYOS

Se denominan apoyos a los elementos que soportan los conductores y demáscomponentes de una línea aérea separándolos del terreno; están sometidos a fuerzas decompresión y flexión, debido al peso de los materiales que sustentan y a la acción delviento sobre los mismos.

Aunque las prescripciones oficiales establecen que los postes podrían ser de cualquier material, siempre que se cumplan las debidas condiciones de seguridad, solamente seutilizan para construir apoyos la madera, el hormigón y el acero.

Según su función, los postes en una línea, se pueden clasificar en:

-Apoyos de alineación: Su función es solamente soportar los conductores ycables de tierra; son empleados en las alineaciones rectas.

-Apoyos de ángulo: Empleados para sustentar los conductores y cables de tierraen los vértices o ángulos que forma la línea en su trazado. Además de las fuerzas propias de flexión, en esta clase de apoyos aparece la composición de las tensionesde cada dirección.

-Apoyos de anclaje: Su finalidad es proporcionar puntos firmes en la línea, quelimiten e impidan la destrucción total de la misma cuando por cualquier causa serompa un conductor o apoyo.

-Apoyos de fin de línea: Soportan las tensiones producidas por la línea; son su punto de anclaje de mayor resistencia.

-Apoyos especiales: Su función es diferente a las enumeradas anteriormente; pueden ser, por ejemplo, cruce sobre ferrocarril, vías fluviales, líneas detelecomunicación o una bifurcación.

3.3.1. Poste de madera

Es el más generalizado y económico de fabricación. Su campo de aplicación es casiexclusivamente en líneas de baja tensión. Como excepción, y cuando los tramos de líneason rectos, se emplea en líneas de media tensión, siempre y cuando la tensión no sobrepaselos 30 kV.



Normalmente los postes de madera empleados en las líneas son de pino, abeto y castaño;este último es de mayor duración pero su precio es más elevado y, por tanto, disminuye suaplicación.

La vida de un apoyo de madera es relativamente corta; la putrefacción de la madera se

hace sentir con mayor intensidad en la parte inferior. La vida media es aproximadamente de10 años. Se puede llegar a doblar tal duración protegiendo el poste mediante tratamientocon imprimación protectora.

La sustancia que fundamentalmente constituye dicha imprimación es la creosota, suinyección presenta el inconveniente de volver sucios los postes en cuanto a su manejo serefiere, pero su carácter insoluble la hace muy recomendable.

Ventajas e inconvenientes:

- Ligereza y consiguiente facilidad de transporte

- Bajo precio frente al hormigón y acero

- Vida media relativamente corta.

- No permite la instalación de grandes vanos.

- Esfuerzo disponible en cabeza y altura limitados.

3.3.2. Poste de hormigón armado

El poste de hormigón armado es el más utilizado en las líneas eléctricas de baja y mediatensión. Como dato confirmativo se puede indicar que, del total de postes fabricados enFrancia en los últimos años, el 85% han sido de hormigón armado.

Los postes de hormigón tienen la ventaja de no necesitar conservación y su duración esilimitada, pero tienen el inconveniente de que su coste es mayor que los de madera y, comosu peso es grande, aumentan los gastos de transporte cuando no se fabrican en el lugar deemplazamiento; tienden a desplazar a los postes de madera a partir de los 15 kV. y enalgunos casos, en baja tensión.

Con la finalidad de mejorar las cualidades del hormigón armado, la fabricación de los

mismos se lleva a cabo mediante vibración, centrifugado y actualmente por precompresión.Los postes más empleados en instalaciones eléctricas, en la actualidad, se pueden ver en

la figura de la página siguiente. Según el sistema de fabricación se dividen en :

- Postes de hormigón armado vibrado.

- Postes de hormigón armado centrifugado.



- Postes de hormigón armado pretensado.

Ventajas e inconvenientes:

- Amplia gama de medidas y resistencias.

- Permiten vanos muy grandes.

- Tienen vida ilimitada.

- Son más caros y pesados que los de madera.

- Tienen mayor fragilidad que los de madera.

3.3.2.1. Poste de hormigón armado vibrado

Es un sistema nuevo de poste de hormigón armado, es decir, los materiales empleados enla fabricación de un poste de hormigón armado se someten a unas vibraciones, bien sea através de la armadura, o bien con la ayuda de vibradores ordinarios, consiguiendo que lamasa de hormigón se vaya asentando y reduciendo el volumen de aire ocluido. Lafrecuencia de las vibraciones oscilan entre 5000 y 24000 vibraciones por minuto.

La sección de estos postes suele ser rectangular o en forma de doble T. Tienen alturascomprendidas entre los 7 y los 18 metros.

El poste de hormigón vibrado es el más extendido de todos, ya que tiene la ventaja de poder fabricarse en el lugar de implantación, reduciéndose así los costes de transportes.

3.3.2.2. Poste de hormigón armado centrifugado

Su forma es troncocónica y su armadura es longitudinal y transversal. La armaduralongitudinal se reparte uniformemente, en su sección circular, y zunchada mediante laarmadura transversal, formada por dos o más espirales de sentido contrario arrolladas a lolargo de la armadura longitudinal.



Se fabrican en moldes de madera, que giran alrededor de su eje a una gran velocidad,

sobre unas 800 r.p.m., comprimiéndose el hormigón por la fuerza centrífuga, quedando unasuperficie exterior compacta y a un grosor adecuado, formando bloque con las armadurasmetálicas y dejando la parte inferior hueca. El desmolde puede hacerse al día siguiente de laoperación, pero el transporte no se puede realizar hasta después de unas 3 semanas.

En algunos casos especiales, la armadura longitudinal no se reparte uniformemente en lasección circular, consiguiendo un poste con diferente resistencia en las distintasdirecciones.

Su aplicación principal es en montajes de líneas eléctricas y como mástiles paraalumbrado público. En líneas eléctricas se emplean, sobre todo, en electrificaciones rurales,

líneas de alta y baja tensión, ferrocarriles, electrificaciones de tranvías, etc. En alumbradosatisface todas las exigencias de altura y esfuerzo. Las líneas montadas con este tipo de postes son muy variadas, desde baja tensión hasta tensiones de 220 kV.; y, combinandovarios postes, se pueden conseguir construir apoyos de ángulo, anclaje, derivación, etc. ysubestaciones.

No se emplean en lugares de difícil acceso, por la dificultad de transporte, ya que no se pueden fabricar en talleres provisionales colocados en las cercanías del tendido.



3.3.2.3. Poste de hormigón armado pretensado

Es una técnica nueva en la fabricación de postes de hormigón, empleándose cada día más por ser más baratos que los de hormigón corriente, al requerir menos material férrico. Sefabrican 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 lamasa de hormigón, comprimen ésta, convirtiéndose en un soporte pretensado.



3.3.3. Poste metálico

El metal más empleado en la fabricación de este poste es el acero en forma de tubo o

bien de perfiles laminados en L, U, T, I, etc.; en algunos casos se emplea hierro fundido oaleaciones ligeras de aluminio-acero. Para unir los diversos perfiles se emplean remaches,tornillos, pernos y, en algunos casos, la soldadura.

Los postes metálicos se clasifican en:

- Postes tubulares.- Postes perfiles laminados.- Postes de celosía.

3.3.3.1. 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 ocilíndricas, mediante tornillos.

El poste tubular es ligero y resistente y de aspecto exterior muy bueno. Se emplea parainstalaciones en el interior de poblaciones.



3.3.3.2. Poste metálico de perfiles laminados

Empleado casi exclusivamente en baja tensión, está formado por perfiles de U, I, etc., ycon la unión o acoplamiento de varios de estos perfiles.

3.3.3.3. Poste metálico de celosía. Este tipo de poste se emplea sobre todo para líneas de distribución de media tensión y para el transporte de altas y muy altas tensiones. Está construido por perfiles laminados oredondos, montados en celosía y unidos a los montantes por remaches, tornillos osoldadura. Se construyen generalmente en dos o cuatro montantes.

Los postes de celosía de dos montantes se emplean para redes de media tensión; estánconstituidos por dos perfiles en U, y la celosía está formada por pletinas de secciónrectangular o por perfiles laminados en L.

Los postes de celosía de cuatro montantes son de forma troncopiramidal, de cuatro carasiguales; en algunos casos, pueden ser también de forma rectangular. Las celosías lateralesse organizan preferentemente en forma de entramado triangular sencillo, con unainclinación de unos 30 grados.

Seguidamente se exponen los tipos de torres más empleadas, entendiendo por torre el poste metálico de celosía empleado en líneas de transporte de muy altas tensiones. Suforma y dimensiones dependerá de los esfuerzos a que esten sometidos, de la tensión de lalínea y de la distancia entre postes.



3.4.- CIMENTACIONES PARA APOYOS DE LÍNEAS ELÉCTRICAS

El estudio de las cimentaciones de los apoyos utilizados en las líneas eléctricas, esta

basado en las fuerzas exteriores que actuan sobre un determinado apoyo, las cuales debencontrarrestarse con las que se transmiten a la parte del apoyo que se halla empotrada en elterreno.

El Reglamento de Líneas Eléctricas Aéreas de Alta Tensión RLAT en su Artículo 31,contempla la posibilidad de que ciertos apoyos de madera y hormigón no llevencimentación, en cuyo caso exige que dichos apoyos se hallen empotrados en el terreno una profundidad mínima

donde:

h es la altura del empotramiento (mínimo 1,3 metros)HT es la altura total del apoyo.



No obstante, los apoyos formados por estructuras metálicas y los de hormigón armado,en su casi totalidad, llevan una cimentación de hormigón que ayuda a contrarrestar lasfuerzas exteriores que tienden a provocar el vuelco del apoyo. De todos los métodosutilizados para calcular las cimentaciones de los apoyos de líneas eléctricas, el máscomúnmente utilizado es el método de Sulzberger, y es que el que exponemos

seguidamente.Para calcular las dimensiones de la cimentación de un apoyo, lo primero que deberemos

conocer es el momento de vuelco del apoyo, el cual viene determinado por la fórmula:

donde:

Mv es el momento de vuelco de todas las fuerzas exteriores expresada en metros por

tonelada (m.t.)F es la fuerza flectora resultante que actúa sobre el apoyo en toneladas. Generalmente sesuele tomar el esfuerzo en punta del apoyo elegido.

H es la altura sobre el terreno, hasta el punto de aplicación de F, en metros.h es la altura de la cimentación en metros.

Ahora bién, este momento de vuelco debemos contrarrestarlo por una parte con elmomento estabilizador del terreno M1 y por otra con el momento estabilizador del bloquede hormigón y el peso propio del apoyo M2

El momento estabilizador del terreno podemos calcularlo mediante la fórmula:

en la que:

M1 es el momento estabilizador del terreno expresado en m.t.Ch es el coeficiente de compresibilidad a la profundidad "h".tag α es la tangente del ángulo de giro de la cimentación.a es el lado de la base de la cimentación en metros (se supone cuadrada).h es la altura de la cimentación en metros.

El artículo 31, Cuadro nº 4, de RLAT nos da los valores de los distintos coeficientes decompresibilidad a 2 m de profundidad "K", y en el mismo cuadro, apartado b), admite la proporcionalidad de este coeficiente con la profundidad, por lo tanto tendremos que



También el mismo artículo, nos dice que el ángulo de giro de la cimentación no deberátener una tangente superior a 0,01.

Sustituyendo estos valores en la fórmula general, tendremos:

K es el coeficiente de compresibilidad del terreno a 2 metros de profundidad, que podremos reducirlo a tres valores

K = 20 kg/cm3 para terrenos fuertes.K = 10 kg/cm3 para terrenos normales.K = 5 kg/cm3 para terrenos flojos.

Algunos autores y fabricantes, también suelen utilizar como valores de K, 16, 12 y 8kg/cm3.

El momento de las cargas verticales o momento estabilizador del bloque de hormigón ydel poso del apoyo, se puede calcular mediante la fórmula:

siendo:

M2 el momento de las cargas verticales en m.t.Pciment el peso de la cimentación en toneladas.Papoyo el peso del apoyo en toneladas.a el lado de la base de la cimentación en metros.

Esta fórmula podemos ponerla en función del volumen de la cimentación "h a2", ya que sitenemos presente que la densidad del hormigón es 2,2 Tn/m3 , podremos poner

Como ya hemos expuesto, el momento de vuelco debe ser contrarrestado con elmomento estabilizador del terreno y con el momento estabilizador del bloque de hormigóny del apoyo, por lo tanto,



teniendo en cuenta un cierto coeficiente de seguridad "n", (Según el Reglamento RLAT,el coeficiente de seguridad, en hipótesis normales, no deberá ser inferior a 1,5.) tendremosque

por lo tanto

Las incógnitas en esta fórmula son dos "h" y "a", por lo tanto podemos asegurar que hay

infinitas soluciones posibles, pero no obstante, las soluciones prácticas pueden quedar limitadas a una serie de resultados lógicos, todas ellas teóricamente válidas.

Si ahora suponemos que es el valor de "h" el que vamos a predeterminar, fácilmentellegaremos a la siguiente ecuación de tercer grado:

la cual nos permite calcular el valor correspondiente de "a".

Para apoyos formados por estructuras metálicas de alturas comprendidas entre 8 y 20metros, podremos partir de valores de "h" entre 1,1 y 2,5 metros, para terrenos normales,obteniendo de esta manera pares de valores (h, a), de entre los que elegiremos el par quemás nos convenga.

Para apoyos de gran envergadura, es obvio que las alturas de las cimentaciones presentarán valores prácticos superiores, los cuales deberemos ir ensayando y comprobandohasta obtener uno que cumpla nuestros deseos.

Entre el fondo de la cimentación y el final del apoyo existe una distancia llamada "solera base" que suele ser del orden de 0,2 metros para terrenos flojos, 0,10 metros para terrenos

normales y 0,05 metros para terrenos fuertes. Por lo general este valor tiene escasainfluencia en el cálculo de los apoyos, por lo que en algunas ocasiones podrá despreciarse.

Apoyos a base de perfiles de hierro se fabrican en todas las alturas y esfuerzos útiles en punta. Seguidamente damos los datos de los distintos apoyos de la serie C-500, de la casaFUNTAN, cuyo esfuerzo en punta es de 500 kg.

CARACTERÍSTICAS DE LOS APOYOS TIPO C-500



DesignaciónPesokg.

Ancho en labase mm.

Ancho en lacabeza mm

Altura sobreel suelo H (m)

Altura totalHT (m)

C-500-10 254 716 510 8,72 10

C-500-12 307 786 510 10,65 12

C-500-14 372 866 510 12,61 14

C-500-16 427 936 510 14,56 16

C-500-18 497 1.018 510 16,52 18

C-500-20 562 1.088 510 18,48 20

C-500-22 642 1.170 510 20,46 22

C-500-24 727 1.240 510 22,44 24

C-500-26 807 1.322 510 24,42 26C-500-28 892 1.392 510 26,40 28

C-500-30 977 1.474 510 28,38 30

Si el fabricante, como en este caso, nos da la altura total del apoyo y la altura sobre elsuelo, el valor de "h" se puede deducir inmediatamente ya que

h = HT -H + solera

El cálculo de la cimentación de los apoyos de hormigón armado, es similar al de losapoyos de perfil de hierro. Unicamente diremos que es conveniente tener en cuenta lasRecomendaciones UNESA sobre las alturas de las cimentaciones, ya que recomiendan quetengan un valor

Como la fórmula general esta en función de la altura del apoyo sobre el suelo H,

fácilmente deduciremos queH = HT - h + solera

despreciando el valor de la solera, y sustituyendo H en la fórmula general, tendremos:



Con el valor de "h" recomendado por Unesa ya podemos determinar el valor de "a".

Los apoyos de hormigón de alturas comprendidas entre 7 y 12 metros suelen tener undiámetro en la base entre 0,20 y 0,30 metros (ver tabla al final), por lo que fácilmente podremos deducir que valores de "h" del orden de 1,2 a 2 metros, para terrenos normales,

nos darán valores de "a" muy ajustados a la realidad práctica. Téngase presente que el valor de "a", por lógica, tiene que ser mayor que el diámetro de la base del apoyo; un valor entredos y tres veces mayor, parece razonable.

Es conveniente observar en la fórmula general lo poco que influye el peso del apoyo enlos resultados finales. Esto puede comprobarse muy fácilmente variando el peso del apoyoen el programa; sacaremos la conclusión de que si en algún momento desconocemos estedato, puede sustituirse por uno aproximado.

Seguidamente, damos las características más importantes de los apoyos de la SERIE ALde Postes Romero S.A.

CARACTERÍSTICAS DE POSTES DE HORMIGÓN ARMADO CENTRIFUGADOPARA ALTA TENSIÓN

AlturaHT (m)

Peso(kg)

DIMENSIONES(mm)

ESFUERZO LIBRE EN PUNTA (kg)(Coeficiente de seguridad 2,5)

a b E 100 125 160 200 250 315 400 500 630

7 325 125 195 60

8 375 125 205 60

7 420 155 225 65

8 525 155 235 65

9 675 155 245 65

10 725 155 255 65

11 800 155 265 65

12 875 155 275 65

7 575 185 255 70

8 690 185 265 70

9 800 185 275 70

10 900 185 285 70

11 1.025 185 295 70

12 1.150 185 305 70

3. MATERIALES EMPLEADOS EN LÍNEAS DE TRANSPORTE

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