CAPITULO 2

CAPITULO 2

CONDUCTORES ELECTRICOS

2.1.- GENERALIDADES

La funcin bsica de un cable consiste en transportar energa elctrica en forma segura y confiable desde la fuente de potencia a las diferentes cargas. Existe una gran cantidad de terminologa referente a este tema.

En el caso general, la figura N 2.1 muestra los componentes que pueden distinguirse en un cable.

Figura N 2.1 Partes componentes de un cable.

Mediante la ayuda de la figura N 2.1 se puede hacer una descripcin de las partes que constituyen un cable, las cuales son:

Conductor, los cables pueden estar constituidos por un conductor (cables monofsicos), tres (cables trifsicos), cuatro, etc.

Aislamiento, capa de material dielctrico, que asla los conductores de distintas fases, o entre fases y tierra. Puede ser de distintos tipos, tanto de material orgnico, como inorgnico.

Capa semiconductora o barniz, se emplea para homogenizar la superficie en la distribucin de los conductores.

Blindaje o pantalla, cubierta metlica, que recubre el cable en toda su extensin y que sirve para confinar el campo elctrico y distribuirlo uniformemente en su interior.

Chaqueta o cubierta, de material aislante muy resistente, separa los componentes de un cable del medio exterior.

2.2.- CONDUCTORES

Son cuatro los principales factores que deben ser considerados en la seleccin de conductores:

Materiales.

Flexibilidad.

Forma.

Dimensiones.

2.2.1.- Materiales.

Los materiales ms usados como conductores elctricos son el cobre y el aluminio, aunque el primero es superior en caractersticas elctricas y mecnicas (la conductividad del aluminio es aproximadamente un 60% de la del cobre y su resistencia a la traccin es de un 40%), las caractersticas de bajo peso y menor costo del aluminio, han dado lugar a un amplio uso tanto para conductores desnudos como aislados.

En la tabla N 2.1 se compara en forma general las propiedades principales de los metales usados en la manufactura de cables. Se han incluido en esta tabla, metales que no se utilizan directamente como conductores; por ejemplo: plomo, usado para agregar la impermeabilidad del cable, y el acero, que se emplea como armadura para proteccin y como elemento de soporte de la tensin mecnica.

Tabla N 2.1 Caractersticas de los Metales

MetalCu. elec. BlandoAl. duroAlmelec 3/4 durezaPlomo (alea. al)Acero

Peso Espec. [kg/dm3]8.898.892.72.711.357.8

( a 20oC [km/mm2]17.517.828.532.5206190

Temp. Fusin [oC] 108310836576573271400

Resis. Ruptura [N/mm2]20-2535-5012-1535-401.7540-150

Calor Especif. [Cal/oCg]0.0930.0930.2140.2140.0300.114

Mod. Elasticidad [N/mm2]105001200056006000170018500

( a 20 C [10-6/oC]171723232911.5

Coef. (( con t [10-3/oC]4443.64.24

Cond.Trmica [W/oCcm]3.853.852.171.840.350.46

En el cobre usado en conductores elctricos, se distinguen tres temples; blando, semiduro y duro; con propiedades algo diferentes, siendo el cobre blando de mayor conductibilidad y el cobre duro el de mayor resistencia mecnica.

En la tabla N 2.2 se comparan algunas de las caractersticas ms importantes en conductores fabricados de cobre y aluminio.

Tabla N 2.2 Comparacin de caractersticas entre cobre y aluminio.

CaractersticasCobreAluminio

Resistencia elctrica11.56

Resistencia mecnica10.45

Para igual volumen : relacin de pesos.10.30

Para igual conductancia: relacin de reas.11.64

: Relacin de dimetros.11.27

: Relacin de pesos.10.49

Para igual dimetro : relacin de resistencias.11.61

: Capacidad de corriente.10.78

2.2.2.- Flexibilidad

La flexibilidad de un conductor se logra de dos maneras, recociendo el material para suavizarlo o aumentando el nmero de hebras que lo forman.

La operacin de reunir varios conductores se denomina cableado y da lugar a diferentes flexibilidades, de acuerdo con el nmero de hebras que lo forman, el peso o longitud del torcido de agrupacin y el tipo de cable.

2.2.3.- Configuraciones.

Los conductores pueden tener varias configuraciones, algunas de ellas se muestran en la figura N 2.2.

Figura N 2.2 Distintas formas de conductores.

El conductor circular compacto; en este tipo de conductor, las hebras que lo constituyen .tienen diferentes secciones, de modo de aprovechar mejor el espacio. Con esta construccin, se obtiene un conductor de menor dimetro y peso, que un conductor concntrico, comparando una misma seccin de cobre. Esto significa estructuras mas livianas en tendidos areos o ductos de menor dimetro en tendido subterrneo.

El conductor sectorial; en este tipo de conductor las hebras se agrupan para ocupar un sector circular equivalente a un tercio de circunferencia. Esta forma de construccin se emplea en la fabricacin de cables trifsicos.

El cable anular; consisten en alambres trenzados helicoidalmente, en capas concntricas, sobre un ncleo que puede ser una hlice metlica. Esta construccin disminuye el efecto Skin y por lo tanto la resistencia efectiva.

El conductor segmenta; este conductor esta formado por tres o cuatro segmentos, aislados entre si por una delgada capa de aislante, todo trenzado en conducto. Los segmentos se conectan en paralelo. Con esto se reduce el efecto Skin. El conductor tiene algunas ventajas en el orden dimensional, ya que se consigue una seccin menor y ms econmica que los conductores anulares.

Comparando los cables conductores sectoriales, con los equivalentes de conductores redondos, se tiene que los primeros presentan las siguientes ventajas:

Menor dimetro.

Menor peso.

Costo ms bajo.

Pero tienen en cambio estas desventajas:

Menor flexibilidad.

Mayor dificultad en la ejecucin de uniones.

La mayora de los cables utilizados en lneas de transmisin, son concntricos y estn formados por 3 - 7 - 12 - 19 - 37 - 61 - 91 - 127 hebras. Algunas de las formaciones en cables se muestran en la figura N 2.3

Cable desnudo de aleacin de aluminio

Cable de aleacin de aluminio protegida con PVC

Cable desnudo de aluminio con alma de acero

Figura N 2.3 Construccin tpicas de cables.

2.2.4.- Dimensiones

En el captulo 8, seccin 8.4 estn descritas las formas de denominar los calibres de los conductores elctricos, como tambin las equivalencias entre medidas.

2.3.- AISLACION

La funcin de la aislacin es evitar contactos involuntarios con partes energizadas del cable y encerrar la corriente elctrica en el conductor. En principio, las propiedades de las aislaciones son con frecuencia ms que suficientes para su aplicacin, pero los efectos de la operacin, medio ambiente, envejecimiento, etc. pueden degradar al aislacin rpidamente hasta el punto en que llegue a fallar, por lo que es importante seleccionar el ms adecuado para cada aplicacin.

En funcin del nivel de tensin, debe tomarse en cuenta ciertas condiciones de aislacin elctrica, para los distintos conductores.

Dada la diversidad de tipos de aislacin que existen para cables elctricos, el proyectista deber tener presentes las caractersticas de cada uno de ellos, para su adecuada seleccin, tanto en el aspecto tcnico como econmico. Existen para todo el universo de dichos aislantes, caractersticas concretas para su diferencia, las cuales se rigen mediante los siguientes criterios:

Resistencia al calentamiento

Envejecimiento por temperatura

Resistencia al ozono y al efecto corona

Resistencia a la contaminacin

Los materiales de aislacin ms utilizados se muestran en la siguiente clasificacin. Posteriormente se discuten las principales caractersticas de los ms utilizados.

Cloruro de polivinilo o PVC

Polietileno o PE

Caucho

Goma

Neoprn

Nylon

2.4.- BLINDAJE

El blindaje o pantalla est constituido por una capa conductora colocada sobre el aislante y conectada a tierra, que tiene por principal objetivo crear una superficie equipotencial para uniformar el campo elctrico radial en el dielctrico. La pantalla sirve adems, para blindar al cable de campos externos y como proteccin para el personal, mediante su conexin efectiva a tierra. El blindaje de un cable puede ser metlico o de algn material semiconductor.

Para cables que operan en baja tensin, no se requiere del control de la distribucin del campo elctrico y por lo tanto puede prescindirse del blindaje. Sin embargo, este se usa ocasionalmente en instalaciones de baja tensin, para evitar inducciones de potencial a conductores externos, principalmente en salas de control. Para tensiones superiores, el blindaje protege al cable de daos por efecto corona y permite una distribucin ms uniforme del campo elctrico. Las principales causas de usar un blindaje metlico son:

Confinar el campo elctrico, entre el conductor y el blindaje.

Igualar esfuerzos de voltaje dentro de la aislacin, minimizando descargas parciales.

Proteger mejor el cable contra potenciales inducidos.

Limitar las interferencias electromagnticas o electrostticas.

(Reducir peligros por golpes externos.

Las condiciones que determinan el uso de cable blindado son:

Cuando el cable va directamente enterrado.

Cuando en la superficie del cable se pueden concentrar cantidades importantes de partculas conductoras (sales qumicas, etc).

2.4.1.- Tensiones inducidas.

El problema de cuantificar y minimizar las tensiones inducidas en las pantallas de los cables de energa, se refiere fundamentalmente a los cables unipolares, ya que las variaciones del campo magntico en los cables tripolares se anulan a una distancia relativamente corta del centro geomtrico de los conductores y en consecuencia, las tensiones que se inducen en sus pantallas o blindajes son tan pequeas que pueden despreciarse.

2.4.2 .- Conexin a tierra.

La conexin de las pantallas a tierra es de gran importancia. Si los extremos no se conectan, se inducir en la pantalla una tensin muy cercana al potencial del conductor, en forma parecida a lo que ocurre en el secundario de un transformador; por lo que se recomienda aterrizar la pantalla, evitando peligros de choque elctrico al personal y posible dao al cable por efecto de sobre tensiones inducidas en las pantallas, que pudieran daar las capas de aislacin.

Usualmente las conexiones se realizan en uno o ms puntos. Al aterrizar la pantalla en un solo punto, la tensin inducida en la pantalla aumenta con la distancia al punto aterrizado. Si el cable trabaja en estas condiciones, es importante conocer cul es la tensin mxima alcanzada en el extremo no aterrizado. Esta tensin se puede determinar en forma grfica. Al aterrizar en ambos extremos o en ms puntos la pantalla, se garantiza una tensin inducida baja a lo largo de todo el cable.

Cuando la pantalla est aterrizada en ambos extremos, la tensin inducida producir la circulacin de corriente a travs de ella, la cual es funcin de la impedancia de la pantalla. Esta corriente inducida produce a su vez una cada de tensin que, punto a punto, es igual a la tensin inducida y el efecto neto de ambos fenmenos es nulo. Por esta razn, el potencial a tierra de las conexiones de los extremos se mantiene a lo largo de la pantalla del cable. Por lo tanto, es conveniente aterrizar la pantalla en el mayor nmero de puntos posibles, por razones de seguridad, por si se llegara a abrir alguna de las conexiones.

Esta corriente, producto de las tensiones inducidas en el cable no aterrizado, produce los siguientes efectos desfavorables en el cable:

Aumenta las prdidas.

Puede reducir notablemente la capacidad de corriente nominal de los cables, sobre todo en calibres de mayor seccin (350 MCM y mayores).

Produce calentamiento que puede llegar a daar los materiales que lo rodean (aislacin y cubierta del cable).

2.5.- SELECCIN DE UN CONDUCTOR

Para la seleccin de un conductor se debe tener en cuenta las consideraciones elctricas, trmicas, mecnicas y qumicas. Las principales caractersticas de cada una de ellas se pueden resumirse de la siguiente forma:

Consideraciones elctricas: tamao (capacidad de corriente), tipo y espesor de la aislacin, nivel de tensin (baja, media o alta), capacidad dielctrica, resistencia de aislacin, factor de potencia.

Consideraciones trmicas: compatibilidad con el ambiente, dilatacin de la aislacin, resistencia trmica.

Consideraciones mecnicas: flexibilidad, tipo de chaqueta exterior, armado, resistencia impacto, abrasin, contaminacin.

Consideraciones qumicas: aceites, llamas, ozono, luz solar, cidos.

La seleccin del calibre o tamao del conductor requerido para una aplicacin, se determina mediante:

Corriente requerida por la carga

Cada de tensin admisible

Corrientes de cortocircuito

El problema de la determinacin de la capacidad de conduccin de corriente es un problema de transferencia de calor. Ya sea en condiciones normales de operacin, como en sobrecargas y en cortocircuito. Por tal razn algunos autores definen estas caractersticas en conceptos de temperaturas (incremento de temperatura por efecto Joule I2R ).

La verificacin del tamao o seccin transversal del conductor se puede efectuar mediante los siguientes criterios:

En base a la capacidad de corriente: se deben considerar las caractersticas de la carga, requerimientos del NEC, efectos trmicos de la corriente de carga, calentamiento, prdidas por induccin magntica y en el dielctrico. Cuando la seleccin del tamao del cable se hace en base a este criterio, se recurre a tablas normalizadas donde para distintos valores de corriente se especifica la seccin mnima del conductor a emplear. Debe tenerse presente cuando los cables van canalizados, o cuando pasan por fuentes de calor. La temperatura permanente no debe exceder del valor especificado por el fabricante, que generalmente est en el rango de 55 a 90 C.

En base a sobrecargas de emergencias: las condiciones de operacin nominales de un cable aseguran una vida til que flucta entre 20 y 30 aos. Sin embargo, en algunos casos por condiciones de operacin especiales se debe sobrepasar el lmite de temperaturas de servicio, por tal motivo, en perodos prolongados, disminuye as su vida til. Para este fin, IPCEA ha establecido temperaturas mximas de sobrecarga para distintos tipos de aislacin. La operacin a estas temperaturas no deben exceder las 100 horas por ao, y con un mximo de 500 horas durante toda la su vida til. Existen tablas donde, para distintos tipos de aislacin, se especifica el factor de sobrecarga para casos de emergencias. Al operar bajo estas condiciones no se disminuye la vida til del cable porque la temperatura en l se va incrementando paulatinamente hasta alcanzar su nivel mximo de equilibrio trmico, es por esto que los cables admiten la posibilidad de sobrecarga. Este criterio es vlido para la seleccin de cables en media y alta tensin.

En base a la regulacin de tensin: se considera la seccin que permita una cada de tensin inferior al 3% en el alimentador respecto a la tensin nominal, y que no supere al 5% en la carga ms alejada. Este criterio es aplicable en baja tensin.

En base a la corriente de cortocircuito: bajo condiciones de cortocircuito, la temperatura del cable aumenta rpidamente, y si la falla no es despejada se producir la rotura permanente del aislante. IPCEA recomienda para cada tipo de aislacin un lmite de temperatura transitoria de cortocircuito, que no debe durar ms de 10 segundos. El comportamiento trmico de un cable bajo condiciones de cortocircuito se puede predeterminar a travs de frmulas.

2.6.- INSTALACION DE CONDUCTORES

La determinacin del tipo de instalacin de los conductores es de vital importancia, debido a que tiene gran influencia en la capacidad de conduccin de corriente. Por esta razn es necesario hacer un estudio de las condiciones de cada instalacin para poder tomar la decisin ms adecuada. Los tipos de instalacin ms utilizados se describen a continuacin.

2.6.1.- Conductores directamente enterrados.

La instalacin de conductores directamente enterrados se hace en lugares donde la apertura de zanjas no ocasiona molestias, donde no se tienen construcciones o donde haya la posibilidad de abrir zanjas posteriormente para cambio de conductores, reparacin o aumento de circuitos. Este tipo de instalacin presenta algunas ventajas, como el hecho de que estn menos expuestos a daos por curvaturas excesivas, o por deformacin, o por tensin mecnica. La capacidad de conduccin de corriente, es mayor que en instalaciones en ductos, debido a la mayor capacidad de disipacin trmica del terreno. Otra ventaja, es que la instalacin de los conductores directamente enterrados es ms rpida y segura, siendo su costo ms bajo que en otro tipo de canalizacin.

Teniendo en cuenta la edificacin y las condiciones topogrficas del lugar, la trayectoria debe ser recta en lo posible, para que la longitud de los conductores sea mnima. Cuando sea necesario seguir una trayectoria curva, se debe tener cuidado que el radio de curvatura sea lo suficientemente grande para evitar el dao de los conductores durante su instalacin.

Los conductores directamente enterrados, se dispondrn en una zanja de ancho suficiente y de profundidad mnima de 45 cm., debiendo colocarse entre dos capas de arena y protegindose con una capa de mortero de cemento coloreado de 10 cm. de espesor o por ladrillos o pastelones colocados a lo largo de todo su recorrido. En zonas de trnsito de vehculo la profundidad de la zanja ser de 80 cm. como mnimo.

Las uniones y derivaciones se harn en cmaras, mufas o cajas de conexiones.

2.6.2.- Conductores en ductos subterrneos.

Este tipo de instalacin es la ms comn, se usa en la mayora de las industrias, en los sistemas de distribucin comercial y en aquellos casos en donde se requiera una red configurable con rapidez (por reparacin o ampliacin).

La instalacin de conductores en ductos subterrneos es la mejor alternativa cuando el sistema de cables tenga que atravesar zonas construidas, caminos o cualquier otro sitio en donde permite con facilidad cambiar o aumentar la cantidad de conductores.

Los ductos se colocaran en una zanja de ancho y profundidad suficiente, considerando que debern ir cubiertos por un mnimo de 45 cm. de tierra de relleno, exigindose una profundidad mnima de 80 cm. en zonas de trnsito de vehculos.

El fondo de la excavacin debe emparejarse con una capa de arena y los ductos debern tener una pendiente mnima de 0.25 % hacia las cmaras prximas.

Las uniones entre los ductos se harn de modo de asegurar la mxima hermeticidad posible y no debern alterar la seccin transversal interior de ellos.

Para condiciones desfavorables de resistencia mecnica del terreno, se debern tomar las medidas necesarias para asegurar un adecuado soporte y proteccin de los ductos.

En la tabla N 2.3 se muestra el porcentaje mximo de seccin transversal del ducto que deban ocupar los conductores

Tabla N 2.3

N de conductores%Esquema

1< 50

2< 31

3< 35

2.6.3.- Conductores en lneas areas.

Al instalar lneas areas, se tratar de deslucir el paisaje lo menos posible.Los conductores desnudos; slo podrn utilizar aisladores como sistemas de canalizacin elctrica. Las instalaciones de lneas areas desnudas a la intemperie slo se aceptan en lugares de trnsito escaso o nulo, las cuales se mantendrn sobre postes de altura suficiente, como para asegurar que la distancia del conductor en su punto ms bajo con respecto al suelo, sea de 5 metros.

Los conductores aislados; montados sobre aisladores slo podrn instalarse en sitios en que no queden expuestos a daos mecnicos, se prohbe su instalacin en lugares o recintos que presenten riesgos de incendio o de explosin. La altura que debe de tener el conductor en su punto ms bajo con respecto al suelo, es de 4 metros a la intemperie y de 2.5 metros bajo techo.

2.7.- AISLADORES

2.7.1.- Condiciones generales

Los conductores empleados en lneas areas, en la mayor parte de los casos, son desnudos; por lo tanto, se necesita aislarlos de los soportes por medio de aisladores, fabricados generalmente de porcelana o vidrio. La sujecin del aislador al poste, se realiza por medio de herrajes. Pero adems, un aislador debe tener las caractersticas mecnicas necesarias para soportar los esfuerzos a traccin o comprensin a los que est sometido.

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, las cualidades especficas que deben cumplir los aisladores son:

Rigidez dielctrica suficiente para que la tensin de perforacin sea lo ms elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del vidrio o porcelana y del grueso del aislador. La tensin de perforacin es la tensin con la cual se puede producir el arco a travs de la masa del aislador.

Disposicin adecuada, de forma que la tensin de contorneamiento presente valores elevados y por consiguiente no se produzcan descargas de contorno entre los conductores y el apoyo, a travs de los aisladores. La tensin de contorneamiento es la tensin con la cual se puede producir el arco a travs del aire, siguiendo la mnima distancia entre fase y tierra, es decir, el contorno del aislador. Esta distancia se llama lnea de fuga.

Resistencia mecnica adecuada para soportar los esfuerzos demandados por el conductor, por lo que la carga de rotura de un aislador debe ser por lo menos igual a la del conductor que tenga que soportar.

Resistencia a las variaciones de temperatura.

Ausencia de envejecimiento.

Los aisladores son, de todos los elementos de la lnea, aquellos en los que se pondr el mximo cuidado, tanto en su eleccin, como en su control de recepcin, colocacin y vigilancia en explotacin. En efecto, frgiles por naturaleza, se ven sometidos a esfuerzos combinados, mecnicos, elctricos y trmicos, colaborando todos ellos a su destruccin.

2.7. 2.- Materiales empleados en los aisladores

2.7.2.1.- Aisladores de porcelana

Su estructura debe ser homognea y para dificultar las adherencias de la humedad y polvo, la superficie exterior est recubierta por una capa de esmalte. Estn fabricados con caoln y cuarzo de primera calidad.

2.7.2.2.- Aisladores de vidrio

Estn fabricados por una mezcla de arena silcea y de arena calcrea. El material es ms barato que la porcelana, pero tienen un coeficiente de dilatacin muy alto, que limita su aplicacin en lugares con cambios grandes de temperatura; la resistencia al choque es menor que en la porcelana. Sin embargo, debido a que el costo es ms reducido y su transparencia facilita el control visual, hacen que sustituyan en muchos casos a los de porcelana.

2.7.2.3.- Aisladores de esteatita y resinas epxicas

Se emplean cuando han de soportar grandes esfuerzos mecnicos, debido a que su resistencia mecnica es aproximadamente el doble que los de porcelana, y sus propiedades aislantes tambin son superiores; sin embargo, el inconveniente es que tienen mayor costo.

2.7.3.- Tipos de aisladores

2.7.3.1.- Aisladores fijos

Estn unidos al soporte por un herraje fijo y no pueden, por consiguiente, cambiar normalmente de posicin despus de su montaje. Su forma general es la de una campana que lleva en su parte superior una garganta sobre la que se fija el conductor por una ligadura (de hilo de cobre recocido para conductores de cobre o de hilo de aluminio para conductores a base de aluminio). Este aislador es el ms simple y pertenece a las lneas de baja tensin.

2.7.3.2.- Aisladores en cadena o suspendidos

Estn constituidos por un nmero variable de elementos segn la tensin de servicio; estas cadenas son mviles alrededor de su punto de unin al soporte, y adems, las articulaciones entre elementos deben tener bastante libertad para que los esfuerzos de flexin queden amortiguados; estas articulaciones suelen ser de rtula.

Este tipo de aislador es el ms empleado en media y en alta tensin, ya que presenta las siguientes ventajas:

Permite elevar la tensin de funcionamiento con slo aumentar la longitud de la cadena, es decir, colocando ms elementos.

No se interrumpe el servicio por rotura de un aislador, ya que la cadena sigue sustentando al conductor.

Presenta una gran economa en la reparacin de las cadenas, pues solamente es necesario cambiar el elemento averiado.

Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuacin se detallan:

Caperuza-vstago, 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 est empotrada una caperuza de fundicin o acero, y en su parte inferior en un hueco bastante reducido, lleva un vstago sellado al aislador. La figura N 2.4 muestra la disposicin de los aisladores en una cadena de suspensin o en una cadena de amarre (modelos 1.512 fabricado por VICASA).

Figura N 2.4

Campana (discos), este elemento est constituido por un ncleo cilndrico de porcelana de dimetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dos faldas anchas. La unin de los aisladores campana entre s se hace con un pequeo vstago cilndrico terminado en dos rtulas (figura N 2.5). La diferencia esencial entre el aislador campana y el elemento caperuza-vstago, 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 accin simultnea de esfuerzos mecnicos y acciones elctricas.

Figura N 2.5 Aislador tipo campana Langstab, este modelo es un mejoramiento del aislador Motor y se denomina Langstab (larga lnea de fuga). Est constituido por un largo cilindro de porcelana de 80 a 100 cm., con ondulaciones bastante profundas y terminado en dos caperuzas (figura N 2.6).

Figura N 2.6 Aislador Langstab

2.7.3.3.- Aisladores especiales

Antiniebla, su principal caracterstica consiste en tener ondulaciones ms profundas que permitan una mayor tensin de contorneamiento. De costa, la campana exterior es ms ancha y alta, de forma que protege completamente contra el roco a las faldas interiores. Los depsitos de humedad (niebla, roco, condensacin de origen variable) lo mismo que el depsito de cuerpos conductores extraos (humos industriales) reducen considerablemente la tensin de contorneamiento de los aisladores. La proteccin ms difcil de realizar es la de lneas en regiones industriales, pues los materiales contaminantes se introducen en todas las ranuras del aislador.2.8.- APOYOS

Se denominan apoyos a los elementos que soportan los conductores y dems componentes de una lnea area, separndolos del terreno; estn sometidos a fuerzas de compresin y flexin, debido al peso de los materiales que sustentan y a la accin del viento sobre los mismos.

Aunque las prescripciones oficiales establecen que los postes podran ser de cualquier material, siempre que se cumplan las debidas condiciones de seguridad, solamente se utiliza la madera, el hormign y el acero.

Segn su funcin, los postes en una lnea, se pueden clasificar en:

Portantes o de suspensin (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.1), son aquellas cuyo principal objeto es soportar los conductores de modo que mantengan sus distancias al suelo. Generalmente deben resistir slo esfuerzos moderados en la direccin de la lnea. Se les emplea normalmente en alineaciones rectas y ocasionalmente en puntos de ngulos pequeos.

Remate (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.3), se les emplea normalmente en los puntos de comienzo y termino de la lnea.

Anclaje (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.2), son los destinados a establecer puntos fijos del conductor a lo largo de la lnea para dividir sta en sectores mecnicamente independientes. En consecuencia, deben ser capaces de resistir esfuerzos considerables en la direccin de la lnea. Se les emplea tanto en alineaciones rectas como en puntos con ngulos.

Especiales (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.4), las que adems de servir como soportes de los conductores cumplen alguna otra funcin, como por ejemplo, estructuras de transposicin, de seccionalizacion, etc.2.8.1. Poste de madera

Es el ms econmico de fabricacin y poco usado. Su campo de aplicacin es casi exclusivamente en lneas de baja tensin y en sectores rurales.

Normalmente los postes de madera empleados en las lneas son de pino, abeto y castao; este ltimo es de mayor duracin, pero su precio es ms elevado y, por tanto, disminuye su aplicacin. Los postes de madera debern tener en la cspide una circunferencia no menor de 38 cm.

La vida de un apoyo de madera es relativamente corta, es aproximadamente de 10 aos. Se puede llegar a doblar tal duracin, protegiendo el poste mediante tratamiento con imprimacin de creosota.

2.8.2.- Poste de hormign armado

El poste de hormign armado es el ms utilizado en las lneas elctricas de baja y media tensin. Los postes de hormign tienen la ventaja de no necesitar conservacin y su duracin es ilimitada, pero tienen el inconveniente de que su costo es mayor que los de madera y, como su peso es mayor, aumentan los gastos de transporte cuando no se fabrican en el lugar de emplazamiento.

Con la finalidad de mejorar las cualidades del hormign armado, la fabricacin de los mismos se lleva a cabo mediante vibracin, centrifugado y actualmente por precomprensin.

2.8.3.- Poste metlico

El metal ms empleado en la fabricacin 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 fierro fundido o aleaciones ligeras de aluminio-acero. Para unir los diversos perfiles se emplean remaches, tornillos, pernos y, en algunos casos, soldadura.

2.9.- CALCULO MECANICO

2.9.1.- Introduccin

Se describirn los mtodos grficos que son usados para el clculo de valores de flecha y tensiones, ya que el determinar dichos valores, es uno de los problemas que es necesario resolver, tanto en la etapa de proyectos como de construccin de una lnea. Actualmente el uso de programas computacionales, ha reemplazado aquellos mtodos en la parte de clculo, ya que la base terica es la misma que la de los mtodos grficos.

2.9.2.- Mtodos de clculos de flechas y tensiones

A continuacin se indican las ecuaciones de la Catenaria y de la Parbola, curvas en las cuales se basan los mtodos que ms adelante se describen.

Cuando un conductor de seccin y material uniforme, flexible y elstico se cuelga de los apoyos, la curva es una catenaria. Si los apoyos del conductor estn a un mismo nivel, la tensin a la que esta sometido el cable en cada punto se puede considerar formada por dos componentes:

Una horizontal, que es la misma para cada punto a lo largo de toda la luz.

Una componente vertical, la cual vara a lo largo de cada mitad de la luz.

La tensin que corresponde a la tangente al cable en cualquier punto alcanza su mximo en los puntos de suspensin y la tensin mnima en el punto ms bajo.

2.9.3.- Frmulas de la parbola y de la catenaria.

A continuacin se indican las frmulas empleadas en los clculos, de acuerdo con la figura N 2.7 y 2.8. En ellas P es el peso del conductor por unidad de longitud, T es el esfuerzo de traccin en los apoyos, H es la componente horizontal de dicho esfuerzo, S el vano y f la flecha. Las frmulas basadas en la catenaria son exactas; las basadas en la parbola son slo aproximadas cuando los vanos son muy grandes. En la mayora de los casos, las frmulas de la parbola, que son ms sencillas, tienen precisin suficiente para los problemas prcticos; en caso de flecha hasta el 6%, el error es del orden de 0.5%; para una flecha del 10% del vano, la frmula de la parbola da el valor de la flecha con un error del orden 2% por defecto.

2.9.3.1.-Ecuacin de la parbola

A continuacin se dan a conocer las siguientes formulas de acuerdo a la figura N 2.7.

Figura N 2.7

Ecuacin de la parbola (2.1):

(2.1)

Donde:

a:

H:Tensin horizontal en cualquier punto de la curva

P:Peso del cable por unidad de longitud en proyeccin horizontal

S:Distancia horizontal entre los apoyos

Reemplazando en (2.1), se tiene:

(2.2)

(2.3)

De este modo la flecha (f) puede calcularse de la siguiente forma:

(2.4)

De la misma forma el largo del conductor se obtiene mediante (2.5), (2.6) y (2.7):

(2.5)

(2.6)

(2.7)

La componente horizontal de la tensin es:

(2.8)

La componente vertical en el apoyo es:

(2.9)

La tensin mxima es por lo tanto:

(2.10)

(2.11)

2.9.3.2.- Ecuacin de la catenaria

A continuacin se dan a conocer las formulas de acuerdo a la figura N 2.8.

Figura N 2.8

Ecuacin de la catenaria (2.12):

(2.12)

Donde:

V:

H:Tensin horizontal en cualquier punto de la curva

g:Peso real del cable por unidad de longitud

El largo del conductor es:

(2.13)

(2.14)Donde:

Lx:Largo del conductor hasta cualquier punto de la curva (m)

Lt:Largo total del conductor (m)

L:Distancia entre 2 apoyos (m)

Las tensiones son:

(2.15)

(2.16)

Donde:

Fx:Fuerza en cualquier punto del conductor (kg/m)

Fa:Fuerza en el apoyo (kg/m)

La flecha mxima es:

(2.17)

(2.18)

2.9.4.- Mtodos de clculo.

Entre los mtodos grficos podemos nombrar los siguientes:

Tablas de Martn

Curvas Copperweld

2.9.4.1.- Tablas de Martn:

El mtodo esta basado en las relaciones de la catenaria como curva de equilibrio.

Teniendo a un conductor suspendido entre dos apoyos, si la tensin mecnica aumenta, el largo disminuye; si la tensin disminuye, el largo aumenta.

Si el conductor esta tendido en el suelo, sin tensin, su largo puede ser realmente menor que la distancia entre los apoyos. Cuando un cable se encuentra suspendido y se le vara el peso por sobrecargas, aumenta su longitud, flecha y tensin. Mientras aumenta la flecha hay una tendencia de reducir su tensin, esta tendencia se opone al aumento de tensin causado por el peso por sobrecarga.

En las Tablas de Martn aparece un factor llamado Stretch Factor, el que corresponde al valor exacto del aumento del largo de cualquier cable causado por el alargamiento, desde su largo sin tensin, hasta el largo que alcanza cuando se encuentra suspendido.

Los cambios de temperatura en el conductor tambin alteran su largo. Si la temperatura cambia cuando se encuentra sin tensin, su largo varia, pero su tensin sigue siendo cero. Si el conductor esta suspendido y aumenta la temperatura, aumenta el largo y la flecha, pero disminuye la tensin; si la temperatura disminuye, el largo y la flecha disminuye y l atencin aumenta.

2.9.4.2.- Curvas Copperweld

Fueron desarrolladas para simplificar el clculo de flechas y tensiones basadas en las funciones de la catenaria, tal como estn dadas en las Tablas de Martn.

Las curvas dan una relacin grafica entre factores de largo sin tensin (unstressed lenght factor), factores de alargamiento y factores de luz peso/tensin, lo cual elimina gran parte del trabajo aritmtico requerido por el uso de tablas.

La exactitud de las curvas es suficiente para el clculo mecnico de lneas de transmisin y su rango abarca la mayora de los casos que se presentan.

2.10.- SERVIDUMBRE

Segn norma NSEG 5 E.n.71 Electricidad, instalaciones de corrientes fuertes Capitulo VI lneas areas, no podrn construirse lneas areas de cualquier categora (tabla N 8.4) sobre edificios existentes, ni hacer construcciones debajo de las lneas areas existente.

La separacin entre un edificio o construccin y el conductor ms prximo de una lnea area de cualquier categora, deber ser tal que no exista peligro para las personas de entrar en contacto con dicho conductor. Las separaciones mnimas permisibles sern las siguientes:

1,30 para las lneas de la categora A.

2,00 m para las lneas de la categora B.

2,50 m + 1cm, por cada KV de tensin nominal en exceso sobre 26 KV para las lneas de la categora C.Tabla 2.4

CategoraNivel de tensin (volts)

A< 1000

B1000 < V < 25000

C> 25000

Si en toda la extensin de la zona expuesta, no existieran ventanas, disposiciones de arquitectura normalmente accesibles, las distancias especificadas podrn reducirse en 0,50 m.

Se considerarn los conductores desviados por efecto del viento como mnimo 30 respecto de la vertical.

El trazado de las lneas de corriente fuerte ser de preferencia rectilneo, en zonas libres de obstculos y se preocupar que la vigilancia y mantenimiento de ellas quede asegurada por la facilidad de acceso a sus distintos puntos. En caso de que a travs del trazado se encuentre la presencia de rboles se adoptarn las medidas siguientes:

Los rboles que estn en la proximidad de lnea reas desnudas; deben ser o derribados o bien podados peridicamente, para evitar el contacto entre las lneas y el ramaje de stos. En las lneas de categora B, la distancia entre los conductores y los rboles vecinos deber ser tal, que no haya peligro de contacto entre dichos rboles y los conductores. En todo caso las personas que eventualmente puedan subir a ellos no debern correr peligro de tener contacto accidental con los conductores. En las lneas rurales de categora B, la distancia entre los conductores y los rboles vecinos ser por lo menos de 5 m, salvo que la altura de los rboles exija una distancia mayor. En casos de divergencias resolver la Superintendencia. En las lneas de categora C, la distancia entre los conductores y los rboles vecinos ser igual a la altura de los rboles, pero no inferior a 5 m. Se permite la existencia de rboles frutales debajo de las lneas de las categoras B o C, siempre que las caractersticas de crecimiento de los rboles y el manejo que de ellos haga el propietario de ellos garantice que su altura no sobrepase 4 m sobre el suelo.

En Resumen (figura N 2.4):

Figura N 2.3

Donde:

Zona 1:Se prohbe la construccin de cualquier inmueble y plantaciones que pongan en peligro la lnea

Zona 2:Se restringe la plantaciones o cultivos de rboles que pongan en peligro la lnea elctrica

Ancho de Servidumbre:Ab1 + An1 + Af1 + Ae + Af2 + An2 + Ab2

En general se cumple:

An1 = An2 = An:Ancho exigido por norma (Art.109) que depende de la tensin

de la lnea

Af1 = Af2 = Af :Ancho debido a la desviacin del conductor, depende de la

flecha

Ab1 = Ab2 = Ab:Ancho de proteccin arbreo

Ae

:Distancia entre los conductores ms separados en una

estructura

f

:Flecha del conductor

h

:Altura al punto ms bajo de la lnea EMBED AutoCAD.Drawing.15

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