57085598 fundamentos de lineas de transmision

7/22/2019 57085598 Fundamentos de Lineas de Transmision

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Cap. I. Ruta para Lneas de Transmisin. Pg. 2

Captulo IRutas para Lneas de Transmisin

Los ojos ven y los odos oyen, la mente piensaHarry Houdini


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Las diferentes alternativas, previamente identificadas son evaluadas desde

el punto de vista cuantitativo y cualitativo para evaluar el impacto econmico,

tcnico y ambiental de cada unas de las alternativas de las consideradas. En

consecuencia, los diferentes parmetros debern ser definidos por cada uno de

los criterios anteriores que enmarcan el proceso de la toma de seleccin.

Criterios para seleccin de ruta:

Para la definicin de los criterios, se propone establecer una jerarqua de

objetivos, lo cual consiste en especificar los objetivos fundamentales de alto nivel

que el decisor pretende alcanzar y los objetivos ms concretos y detallados debajo nivel, cuidando no caer en la excesiva proliferacin de jerarquas en sentido

horizontal y vertical. A cada nivel de la jerarqua de objetivos se puede asociar un

atributo, que cuantifica el grado de cumplimiento del objetivo correspondiente, de

manera que cada atributo cumpla con las siguientes propiedades:

Comprehensibilidad: el valor del atributo ha de ser adecuado para expresar

o medir el grado de cumplimiento del objetivo asociado.

Medibilidad: el atributo es medible cuando es posible asociar a los distintos

niveles una escala conocida.

La eleccin del atributo adecuado para cuantificar el objetivo asociado ser

tanto ms fcil, cuanto ms claro y mejor definido est este objetivo. Muchas

veces, el atributo se puede medir mediante una escala objetiva; es decir, una

escala conocida y comnmente aceptada, de forma que sus diferentes niveles se

pueden medir, sin embargo algunas veces hay atributos que no se pueden medir o

evaluar mediante este tipo de escalas y hay que construir una escala subjetiva; en

este caso el decisor se ve obligado a realizar una valoracin cualitativa del atributo

y posteriormente construir una escala subjetiva para esa valoracin, para sortear

esta dificultad, es posible utilizar tambin, atributos indirectos o aproximativos.


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Un atributo indirecto es aquel que refleja el grado en el cual un objetivo

asociado se alcanza midiendo indirectamente el logro del objetivo.

La construccin de los criterios para jerarquizar los objetivos, depende de la

unidad de decisin, del tipo de problema y del entorno, lo que hace que la

jerarqua de objetivos no sea nica. Existen muchos factores que limitan la

objetividad en la seleccin de los objetivos y de los atributos que los cuantifican,

principalmente durante la construccin de la jerarqua de objetivos, en la seleccin

de los atributos y en la forma de cuantificar y asignar escalas.

Es necesario que todos los actores que intervienen en el proceso de tomade decisiones renan las siguientes caractersticas para que sea ms fcil lograr el

consenso:

1. Conocer con profundidad el problema y por tanto ser capaces de

generar los criterios ms adecuados.

2. Tener entera libertad de opinar y colaborar en la generacin de criterios.

3. Entender y aceptar la jerarqua de objetivos y los atributos asociados

una vez que se haya analizado por todos los actores y alcanzado un

consenso.

4. El mtodo de evaluacin de las distintas alternativas respecto a cada

criterio, debe ser entendido y aceptado por todos los actores implicados

en el problema y liberado de elementos asociados a valores subjetivos.

5. Tener en cuenta la calidad de los datos utilizados en la generacin de

los criterios, analizando los elementos de imprecisin, incertidumbre o

inadecuada determinacin de los mismos.


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Criterio econmico

Es uno de los ms importantes a tomar en cuenta sobre todo en los pasesno avanzados en donde este criterio prcticamente prevalece sobre los dems,

debido a que determina el posible valor monetario que puede llegar a invertirse

para la llevar a cabo un proyecto de esta magnitud, pero sin embargo en pases

desarrollados y con polticas claras sobre los estudios necesarios para llevar a

cabo estos proyectos legislan y ejercen control mediante el Estado para prevenir

que este criterio este por encima de los dems.

Mediante este criterio se toma en cuenta el gasto por kilometro de lnea,

para los diferentes parmetros de evaluacin que se consideran a continuacin:

Costo de estructuras.

Costo de fundaciones.

Costo del conductor, cable de guarda, aisladores, herrajes y accesorios.

Estimacin de requisitos de acceso y casta para la construccin de la lnea.

Evaluacin del uso de tcnicas especiales para la construccin y equipos

(helicpteros, vehculos de doble traccin, requisitos especiales para laconstruccin de fundaciones, etc.) Costos involucrados

Costo de deforestacin tanto en el derecho de paso de lnea como en la

construccin de nuevas vas de acceso.

Costo de la tierra y bienechurias en el rea del derecho de paso de la lnea.

Costo de las prdidas de potencia y energa.


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Criterio Tcnico o de Evaluacin de Ingeniera

Mediante este criterio se consideran aquellos que afectan el impacto deingeniera y construccin del proyecto de la lnea. El ms importante para el

Ingeniero Elctrico ya que en el va emplear todos los conocimientos por l

adquirido a travs de sus estudios y de su experiencia profesional, debido a que

aqu se analizaran y disearan los elementos de la ruta, torres, conductores,

aisladores, entre otros. Los parmetros a considerar en este criterio son los

siguientes:

El vano promedio en los segmentos de la lnea. Vanos largos requeridos

por la configuracin del terreno.

Altura promedio se las estructuras a utilizar. Estructuras de altura especial

requeridas, debido a cruces de obstculos fsicos incluyendo lneas de

transmisin existente, adems de problemas de montaje y corte de

servicios.

Tipos de suelos, en general: rocosos, normales, arenosos, arcillosos,

cenagosos, etc.Paralelismo con instalaciones existentes, tales como lnea de transmisin,

lneas de distribucin, caminos, carreteras, vas frreas, oleoductos, etc.

Posibilidades de erosin y corrosin en los sitios de ubicacin de

estructuras y evaluacin de los requisitos de los mtodos requeridos para

minimizar o eliminar los riesgos para la lnea.

Condiciones especiales de cruces tales como ros, lagunas, lagos grandes

cinagas, etc.

Tipos de vegetacin a ser cortada y requerimientos especiales para la

deforestacin.

Potencial de movimientos ssmicos.

Condiciones crticas en laderas de montaa.


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Condiciones climticas: Velocidad de viento, temperatura, nivel

isoceranico.

Riesgos de retardo en la construccin.

Condiciones del terreno inundaciones, inestabilidad.

Seguridad de la lnea, vandalismo, sabotaje.

Requerimientos de vas de acceso para la construccin, operacin y

mantenimiento de la lnea de transmisin. Esto incluye el uso de vas

existentes y derechos de paso de otras

Lneas, construccin de nuevas vas de acceso, remocin de rocas yvegetacin requerida y cualquier otro aspecto desde el punto de vista de

ingeniera relacionado con los accesos a la lnea.

Evaluacin de cruces de terrenos cultivables. Problemas con la quema,

fumigacin, etc.

Tipos de contaminacin existente. Niveles a considerar (ligero, moderado,

severo, etc.)

Interferencia electromagntica.

Rayos.

Sistema de Informacin Geogrfica (SIG o GIS)

Estudios de fallas.

Cualquier otra condicin especial que pueda afectar la lnea.


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Criterio de Evaluacin Ambiental

Actualmente es uno de los estudios o criterios que ms nfasis requiere,debido a la amplitud que puede contener. Mediante este criterio se evala el

impacto que pueda tener la presencia de la lnea sobre el medio ambiente. Los

factores involucrados en este criterio pueden resumirse como ecolgicos,

ambientales, estticos y sociales. Principalmente se consideran los siguientes

parmetros:

Ecolgicos:

Tipo de vegetacin o cultivo cruzado por la lnea. Bosques, prados,

sabanas, terrenos no productivos.

Habita de animales salvajes.

Deforestacin y reforestacin.

Especies raras o en peligro de extincin.

Creacin de nuevos ecosistemas.

Suelos formacin geolgicas tipos de suelos, estabilidad de los suelos,

topografas, erosin potencial del suelo. Etc.

Ambientales:

Sistemas de comunicaciones existentes o propuestas. Radio, TV, y torres

de microondas.

Sistemas de transmisin existente o propuesta. lneas areas de alta

tensin de AC, DC y sistemas subterrneos de transmisin.

Circuitos elctricos existentes, de ferrocarriles y telefnicos.

Uso actual de la tierra. Agrcola, mineros, residenciales, etc.

Oleoductos y gasoductos existentes o propuestos.

Ordenamientos al ruido audible

Ordenanzas sobre niveles de ozono.


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Legislacin sobre zonas protegidas.

Materiales peligrosos.

Campos elctricos y magnticos.

Esttico

Visuales: tipo y extensin de parques, reas recreacionales, vistas

panormicas, carreteras, autopistas, sitios histricos, monumentos

naturales, reservas arqueolgicas etc.

Hidrolgicos: quebradas ros, cinagas, lagos, lagunas, etc.

Sociales

Uso de tierra existentes o propuesto: comercial, residencial, industrial,

recreacional, agrcola, instituciones publicas, ordenanzas de zonificacin,

etc.

Poblacin estimada.

Crecimiento industrial estimado.

Datos econmicos del rea.

Estilo de vida actual del rea.


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Cuantificacin Del Impacto Debido A Los Diferentas Parmetros

L

os diferentes parmetros, definidos para cada uno de los criterios sonevaluados de acuerdo a costos unitarios de referencia, de estructuras,

fundaciones, aisladores, conductor, etc. Como en el caso del criterio econmico

mientras en el caso del criterio de ingeniera y el ambiental los parmetros

debern ser penalizados de acuerdo a cierta escala numrica que puede ir desde

+10 (mayor ventaja) a -10 (mayor desventaja) para poder ser cuantificado su

impacto, el cual puede ser realizado sobre una base lineal (por KM) o una base

puntual (Por unidad.)

SELECCIN FINAL DE LA RUTA

Anlisis Cuantitativo

Las diferentes alternativas de ruta sern comparadas y ordenas en base a

la evaluacin llevada a cabo antes. Los valores individuales para cada parmetro

de comparacin involucrado, debern ser revisados para determinar que factores,

para cada una de las alternativas de ruta son muy bajos o muy altos encomparacin con la alternativas restantes. Esta revisin evitara que debido a la

sobrevaloracin de cualquiera de los parmetros, se determine errneamente la

alternativa ptima para la ruta de la lnea.

Esta metodologa propuesta requiere la combinacin de C, I, A en una

manera lgica para permitir la evaluacin de cada una de las alternativas de ruta,

utilizando como base los ndices combinados.

Para obtener esta evaluacin compuesta de ndices, en nuestro estudio,

como primer paso se calcula el beneficio ambiental de cada alternativa de ruta.

El beneficio ambiental (B) es el reciproco del ndice Ambiental. Este concepto nos

muestra que una ruta con un alto ndice Ambiental (A) tiene un alto impacto en el

medio ambiente y por lo tanto tiene un bajo beneficio para el rea. Usando la


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relacin: B = 1/A, la cantidad (B) se calcula y tabula para cada una de las

alternativas.

Considerando que cuando A es mximo B es mnimo y viceversa se

establece un orden de mejor o peor alternativa en base al beneficio ambiental (B).

El segundo paso es calcular la razn, Costo Beneficio (CB) teniendo la

relacin CB = C/B. Para cada alternativa cuando C el mximo y B es mnimo,

CB es mximo y viceversa. Esta relacin provee una base adicional para

establecer un orden y comparacin.

Como paso final se combina la razn Costo Beneficio (CB) con el ndice de

Ingeniera (I) para obtener el ndice Compuesto CI = CM (I) para cada una delas alternativas. Cuando CB es mximo y I es mximo, CI es mximo y viceversa.

Con esto obtenemos una base final para comparacin y ordenamiento en base al

ndice Compuesto (CI).

Es obvio que CI = (C) (A) (I) puede haber sido calculado directamente.

Sin embargo, los clculos intermedios de B y CB permiten una base adicional para

una comparacin detallada de las alternativas de ruta.

Utilizando el computador estos resultados (C, I, A, B, CB), se

obtendran directamente en los mapas tal como se muestra en la figura

Cada una de las alternativas de ruta es ordenada de uno (1) a treinta y

cuatro (34) basados en cada una de las seis cantidad tabuladas. Los valores

mnimos de C, I, A, CB y CI son asignados con los valores de orden ms bajo

y secuencialmente los valores mayores se correspondern con los mximos

valores de orden.

Anlisis cuantitativo de Impacto Ambiental

Por medio de la Lgica Difusa se plantean nuevas evaluaciones de Impacto

Ambiental que puedes ser Simplificada o Detallada segn se omitan o no las

fases, las cuales podemos ver en el siguiente diagrama:


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Fig. 2Es

tructura general de unaEv

aluacin de Impacto Ambiental, modificada de Duarte (2000)

En la fase de Valoracin Cuantitativa, la informacin obtenida en la

Valoracin Cualitativa se complementa con estudios tcnicos ms detallados;

estos estudios deben permitir hacer una prediccin numrica de cada uno de los

impactos individuales (a diferencia de la prediccin lingstica empleada en la fase

previa), que luego deber agruparse para obtener una prediccin numrica del

impacto total.

Anlisis Cualitativo

Las rutas alternativas de la lnea en su orden, debern ser comparadas

para determinar la existencia de deficiencias no determinadas previamente en la

rutas. Deber realizarse una inspeccin final terrestre, y rea en caso de ser


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necesario, en las alternativas de ruta que se consideren las mejores es

conveniente que esta inspeccin sea hecha por los mismos ingenieros que

hicieron la evaluacin inicial de los segmentos de lnea.

El estudio del impacto ambiental con respecto a la etapa de Valoracin

Cualitativa busca obtener una estimacin de los posibles efectos que recibir el

medio ambiente, mediante una descripcin lingstica de las propiedades de tales

efectos. Tal como se explicar en los siguientes apartados, los expertos deben

catalogar ciertas variables con etiquetas tales como Bajao Mediay a partir deesa informacin se obtiene un conocimiento cualitativo del impacto.

La metodologa puede resumirse en los siguientes pasos, que se detallan a

continuacin:

Describir el medioambiente como un conjunto de factores

medioambientales.

Describir la actividad que se evala como un conjunto de acciones.

Identificar los impactos que cada accin tiene sobre cada factor

medioambiental.

Caracterizar cada impacto mediante la estimacin de su Importancia.

Analizar la importancia global de la actividad sobre el medio, utilizando para

ello las importanciasindividuales de cada impacto.

Matriz de Importancia

Una vez determinados los factoresy las accionesse procede a identificar

los Impactosque estas ltimas tienen sobre los primeros. Los expertos del equipo

interdisciplinar deben determinar la Importancia de cada efecto, siguiendo la

metodologa que quedar consignada en la Matriz de Importancia del proyecto, y

cuya estructura se muestra en la Tabla 1. Las filas corresponden a los factoresy


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las columnas corresponden a lasAcciones. En la celda ijde la Matriz se consigna

la Importancia Iijdel impacto que la accin Ajtiene sobre el factor Fi(que tiene Pi

Unidades de Importancia). La fila y la columna marcadas como Totales se

emplean para agregar la informacin correspondiente a una determinada accin o

factorrespectivamente.

Tabla N 1 Matriz Importancia

Cada Impacto podr clasificarse de acuerdo a su importancia I como:

Irrelevante o Compatible: 0 I < 25

Moderado : 25 I 50

Severo : 50 I 75

Crtico : 75 I

Ntese que aunque se pretende que la importancia sea una medida

cualitativa, en realidad se calcula cuantitativamente, asignando para ello nmeros

enteros a cada una de las etiquetas recogidas en la Tabla 2. La descripcin


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cualitativa de la metodologa crisp en realidad es una descripcin cuantitativa

basada en nmeros enteros.

Tabla N 2 Etiquetas y valor cuantitativo. Lgica Difusa

Una vez calculada la Importancia de cada uno de los Impactos, y

consignados estos valores en la Matriz de Importancia, se procede al anlisis del

proyecto en su conjunto; para ello se efecta, como paso preliminar, una

depuracin de la matriz, en la que se eliminan aquellos impactos :


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Irrelevantes, es decir aquellos cuya importancia est por debajo de un cierto

valor umbral.

Que se presentan sobre factores intangibles para los que no se dispone de

un indicador adecuado. La metodologa crisp especifica que estos efectos

deben contemplarse en forma separada, pero pese a ello no se aclara en

qu forma debe hacerse; estos efectos no se incluyen en la matriz

depurada porque la metodologa crisp no tiene herramientas adecuadas

para su anlisis.

Extremadamente severos, y que merecen un tratamiento especfico.

Generalmente se adoptan alternativas de proyecto en donde no sepresenten estos casos, por esta razn al eliminarlos no se est sesgando el

anlisis cualitativo global.

El paso siguiente es la valoracin cualitativa del Impacto Ambiental Total,

que se obtiene mediante un anlisis numrico de la Matriz de Importancia

depurada consistente de sumas, y sumas ponderadas por UIP de las

importancias. Las sumas se realizan por filas y por columnas. Nuevamente se

observa que la valoracin cualitativa de la metodologa crisp consiste en un

tratamiento cuantitativo basado en nmeros enteros. La suma ponderada por

columnas permitir identificar las acciones ms agresivas (valores altos

negativos), las poco agresivas (valores bajos negativos) y las beneficiosas

(valores positivos). Las sumas ponderadas por filas permitirn identificar los

factores ms afectados por el proyecto. Al comparar los resultados que se

obtienen en situacionesdiferentes, podr hacerse una valoracin cualitativa de las

distintas alternativas de proyecto.

Evaluacin Multi-criterio de Alternativas


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Proceso de Estudio y Anlisis. El decisor analizar la ayuda que proporciona

los mtodos de decisin, y puede elegir entre:

o Escoger que una alternativa determinada.

o Modificar los parmetros y pesos, para obtener ms ayuda al

problema de decisin.

o Modificar los criterios de seleccin.

o Escoger otro mtodo de decisin multi-criterio.

o Empezar por completo determinando los criterios de seleccin.

El proceso de Toma de Decisin comienza con la creacin o importacin

del conjunto de variables que sern asociadas a cada criterio de decisin, lo que

nos permite valorar distintos criterios a travs de una misma variable. Se pasa

enseguida a la estructura de la matriz de decisin. Para ello se definen

el conjunto de alternativas y criterios de seleccin exactamente de la misma forma

en que se defini la estructura de la matriz de importancia (Acciones del proyecto

y Factores ambientales).

Despus de crear la estructura, se llenan los campos de la matriz de

decisin. Una vez llenas todas las celdas de la matriz de decisin y evaluada la

misma esta nos dar la valoracin final concerniente al proceso de seleccin y

evaluacin de la ruta optima para sistema de Lneas de Transmisin estudiado.


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Captulo IIConductores Utilizados En Lneas

de Transmisin

Cualquier nuevo avance cientfico ha salido de una nueva audacia de la imaginacin

John Dewey


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Cap. II. Conductores. Pg. 22

Qu son conductores

Se aplica este concepto a los cuerpos capaces de conducir o transmitir la

electricidad.

Un conductor elctrico est formado primeramente por el conductor

propiamente tal, usualmente de cobre.

Este puede ser alambre, es decir, una sola hebra o un cable formado por

varias hebras o alambres retorcidos entre s.

Los materiales ms utilizados en la fabricacin de conductores elctricos son

el cobre y el aluminio.Aunque ambos metales tienen una conductividad elctrica excelente, el cobre

constituye el elemento principal en la fabricacin de conductores por sus notables

ventajas mecnicas y elctricas.

El uso de uno y otro material como conductor, depender de sus

caractersticas elctricas (capacidad para transportar la electricidad), mecnicas (

resistencia al desgaste, maleabilidad), del uso especfico que se le quiera dar y del

costo.

Estas caractersticas llevan a preferir al cobre en la elaboracin de

conductores elctricos.

El tipo de cobre que se utiliza en la fabricacin de conductores es el cobre

electroltico de alta pureza, 99,99%.

Dependiendo del uso que se le vaya a dar, este tipo de cobre se presenta en

los siguientes grados de dureza o temple: duro, semi duro y blando o recocido.

Conductores Utilizados en LT

Los conductores en las lneas de transmisin son del tipo multifilar y constan

de una serie de alambres conductores trenzados en forma helicoidal.

La intencin de que un conductor en las lneas de transmisin, sean de tipo

trenzados y no un conductor nico slido, es el hecho de agregar flexibilidad


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Para un conductor de tipo multifilar, de conductor central nico, posee una

relacin de alambres segn el nmero de capas es: 7, 19, 37, 61, 91, 127,... etc.

Los conductores multifilares, pueden ser del tipo dilatado, cuando entre las

capas de conductores se incluye papel, con la intensin de aumentar el radio

aparente de un conductor, sin aumentar la cantidad total de material conductor.

AAC: Conductor de Aluminio (All Aluminium Conductor). Los conductores de

aluminio Estandar 1350, son clasificados en:

Clase AA: Para conductores desnudos usados en lneas,

Clase A: como conductores ha ser recubiertos por materiales resistentes a la

humedad, o para lneas de muy alta flexibilidad, Clase B: para conductores ha ser aislados con varios materiales y para

conductores indicados bajo la clase A donde la flexibilidad es requerida;

Clase C: son empleados para aplicaciones donde una gran flexibilidad es

requerida; ntese que la flexibilidad va de mayor a menor de la clase AA a la C.

ACSR: Conductor de Aluminio con Aleacin de Acero (Aluminium Conductor

Steel Reinforced): Este conductor es empleado en lneas de transmisin y

sistemas de distribucin primaria.

El ACSR ofrece el ptimo esfuerzo para el diseo de lneas.


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El ncleo de acero es variable de acuerdo a los diseos de esfuerzo,

sacrificando la capacidad de corriente del conductor.

ACAR: Conductor de Aluminio con Refuerzo de Aleacin (Aluminium

Conductor Alloy Reinforced):

Es usado como conductor para sistemas de distribucin primaria y secundaria,

posee una buena relacin de esfuerzo peso, y lo hace aplicable en aplicaciones

donde tanto capacidad de corriente y esfuerzos son las consideraciones primarias

en el diseo de la lnea.

En Venezuela se prefiere la utilizacin de conductores con base de aluminio,

debido a que nuestro pas es un gran productor de este mineral, pero en esencia

se utiliza en las lneas de transmisin areas reforzado con aleacin ACAR.

En distribucin de energa elctrica se suele utilizar un particular tipo de

conductor denominado ARVIDAL, que corresponde a un conductor con

20% de aluminio (segn el fabricante ICONEL), y en los Estados Unidos es

usual utilizar el AMES hasta el ALLIANCE.

Cables de Aluminio (ASC o ACC): Son conductores hechos de alambres de

aluminio, de seccin circular, cableados en capas concntricas. La empresa

elctrica venezolana CADAFE, exige que sus conductores de aluminio cumplan

con la norma NORVEN 533-69 y ASTM B-53.(American Society for Testing and

Materials)

Cables de aluminio con refuerzo de acero (ACSR): Son cables formados por

un cierto nmero de alambres de acero galvanizado o aluminizado y una o varias

capas de alambres de aluminio, todos cableados en capas concntricas. La

empresa CADAFE, emplea en sus lneas de transmisin e, ACSR, que cumpla con

las normas NORVEN 531-68 y ASTM B323, B262 y B230.


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Cables de aleacin de aluminio (AAAC): Son simplemente conductores

hechos de alambres de aleacin de aluminio de seccin circular, cableados

en capas concntricas. En Venezuela la empresa CADAFE, utiliza el AAAC de

aleacin de aluminio 6201 con normas NORVEN 557-71 y ASTM B399.

Cables de alambres de aluminio y de aleacin de aluminio (ACAR): Son

conductores formados por la combinacin de alambres de aluminio y alambres de

aluminio 6201 trenzados.

En Venezuela, CADAFE admite la norma ASM B524.

Tipos de cobre para conductores elctricos

Cobre de temple duro:

y Conductividad del 97% respecto a la del cobre puro.

y Resistividad de 0,018 ( x mm 2 ) a 20 C de temperatura.

y Capacidad de ruptura a la carga, oscila entre 37 a 45 kg/mm2.

Por esta razn se utiliza en la fabricacin de conductores desnudos, paralneas areas de transporte de energa elctrica, donde se exige una buena

resistencia mecnica.

Cobre recocido o de temple blando:

y Conductividad del 100%

y Resistividad de 0,01724 = 1 ( x mm 2 ) respecto del cobre puro,

tomado este como patrn.

y Carga de ruptura media de 25 kg/mm2.

y Como es dctil y flexibe se utiliza en la fabricacin de conductores

aislados.


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El conductor est identificado en cuanto a su tamao por un calibre, que

puede ser milimtrico y expresarse en

mm2 o americano y expresarse en AWG o MCM con una equivalencia en

mm2.

Partes que componen los conductores elctricos

Estas son tres muy diferenciadas:

y El alma o elemento conductor.y El aislamiento.

y Las cubiertas protectoras.

El alma o elemento conductor

Se fabrica en cobre y su objetivo es servir de camino a la energa elctrica

desde las centrales generadoras a los centros de distribucin (subestaciones,redes y empalmes), para alimentar a los diferentes centros de consumo

(industriales, grupos habitacionales, etc.).

De la forma cmo est constituida esta alma depende la clasificacin de los

conductores elctricos. As tenemos:

Segn su constitucin

Alambre: Conductor elctrico cuya alma conductora est formada por un solo

elemento o hilo conductor.


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Clasificacin de los conductores elctricos de acuerdo a sus

condiciones de empleo

Para tendidos elctricos de alta y baja tensin, existen en nuestro pas

diversos tipos de conductores de cobre, desnudos y aislados, diseados para

responder a distintas necesidades de conduccin y a las caractersticas del medio

en que la instalacin prestar sus servicios.

La seleccin de un conductor se har considerando que debe asegurarse una

suficiente capacidad de transporte de corriente, una adecuada capacidad de

soportar corrientes de cortocircuito, una adecuada resistencia mecnica y unComportamiento apropiado a las condiciones ambientales en que operar.

Conductores de cobre desnudos

Estos son alambres o cables y son utilizados para:

y Lneas areas de redes urbanas y suburbanas.

y Tendidos areos de alta tensin a la intemperie.y Lneas areas de contacto para ferrocarriles y trolley-buses.

Alambres y cables de cobre con aislacin

Estos son utilizados en:

y Lneas areas de distribucin y poder, empalmes, etc.

y Instalaciones interiores de fuerza motriz y alumbrado, ubicadas en

ambientes de distintas naturaleza y con diferentes tipos de canalizacin.

y Tendidos areos en faenas mineras (tronadura, gras, perforadoras,

etc.).

y Tendidos directamente bajo tierra, bandejas o ductos.

y Minas subterrneas para piques y galeras.


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numrica, que cumple con que la relacin entre los nmeros sucesivos de calibres

es constante, entonces obedece a una progresin geomtrica (cuya razn es

1.2610).

En el sistema AWG, mientras mayor es el nmero del conductor, menor es

su dimetro, en este sistema existen definidos cuarenta (40) calibres diferentes,

partiendo del nmero 36 (dimetro de 0.005 pulgadas) hasta llegar al calibre 0,

2/0, 3/0 y 4/0 (dimetro de 0.46 pulgada).


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Tabla Caractersticas Fsicas Tpicas de Conductores desnudos

Tamao Seccion Diametro Kg/Km

AWG mm mm cobre aluminio

36 0.0127 0.127 0.1126

30 0.0507 0.254 0.4505

24 0.205 0.511 1.820

16 1.31 1.29 11.63 3.53

14 2.08 1.63 18.51 5.62

12 3.31 2.05 29.41 4.94

10 5.261 2.588 46.77 14.22

8 8.367 3.264 74.38 22.62

2 33.62 6.543 298.9 909.89

1 42.41 77.348 377 114.6

1/0 53.49 8.252 475.5 144.6

4/0 107.2 11.68 953.2 289.8

La clasificacin de los conductores AWG, resulta bastante acertada para los

conductores de aplicacin general, residencial e industrial, pero en la transmisin

de grandes bloques de energa, en los sistemas de potencia, el calibre de los

conductores super los valores establecidos por la AWG, siendo necesario

implementar un sistema que admitiera calibres mayores, y es donde nace el

concepto de MILS.

Un mils es una unidad de longitud inglesa, que se define como la milsima

parte de una pulgada En funcin de esta unidad de longitud se puede definir el rea de la seccin

transversal que especifican los conductores, por lo que se adopta el circular mil,

que corresponde al rea de una circunferencia cuyo dimetro es un mil (1/1000

pulg.).


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Entonces debe ser bien comprendido que un circular mil es una unidad de

rea que relaciona el calibre del conductor con su rea.

El circular mil es utilizado para especificar alambres slidos y conductores

trenzados, tiene la especial ventaja que las secciones especificadas guardan

relacin directa su el dimetro.

Si se desea conocer el rea de un conductor, siendo conocido su dimetro

(d) en pulgadas, solo se debe operar por:

A[cmil]= 1000000d 2

Se puede realizar un equivalente entre las unidades inglesas y las

americanas:

1cmil = 0.0000507mm2

Los conductores que transmiten grandes bloques de potencia, requieren de

secciones transversales grandes, por lo que el cmil es una unidad muy reducida

para la definicin cotidiana de conductores, en ves de esta se ha definido el mcmil,

que corresponde a mil cmil. 1mcmil =1000cmil =1mcm


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El menor calibre definido en el sistema de circular mils es de 250 mcm,

siendo crecientes los calibres en pasos de 50 mcm.

Caractersticas principales:

1) Presentar una baja resistencia elctrica, en consecuencia bajas prdidas

por efecto Joule.

2) Presentar elevada resistencia mecnica, ofrecer una elevada resistencia a

los esfuerzos permanentes o accidentales.

3) Costo razonable, debido a que en base al conductor se basa la

infraestructura restante de una lnea de transmisin.

Los metales que satisfacen estas condiciones son relativamente escasos, a

saber:

- Cobre.

- Aluminio

- Aleacin de aluminio

- Combinacin de metales (aluminio acero)

Pese a la menor resistencia elctrica y superiores aptitudes mecnicas el

cobre

ha dejado de ser utilizado en la construccin de lneas de transmisin areas

en alto voltaje debido a las caractersticas tcnico - econmicas que presenta este

tipo de conductores respecto a los conductores que utilizan una combinacin de

materiales, esto es especialmente notado en alta y muy alta tensin.

Todos los elementos constructivos de una lnea de transmisin area deben

ser elegidos, conformados, y construidos de manera que tengan un

comportamiento seguro en condiciones de servicio, bajo las condiciones climticas

favorables y no favorables. La lnea de transmisin debe operar bajo tensiones y


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corrientes de rgimen permanente estable, y bajo las solicitaciones de

cortocircuito establecidas.

CARACTERSTICAS DE LOS CONDUCTORES DE

ALUMINIO.

Independientemente de las caractersticas elctricas y mecnicas que

conducen a la eleccin de un tipo de conductor u otro, se deben siempre tomar en

cuenta los principios bsicos de uso del tipo de material que estn hecho los

conductores.

Se debe tomar en cuenta:

Peso especfico

- Resistividad resistencia especfica3

- Coeficiente de temperatura

- Mdulo de elasticidad

- Coeficiente de alargamiento

- Carga de rotura

- Lmite de elasticidad

- Coeficiente de dilatacin lineal

- Calor especfico

- Alargamiento a la rotura AR [%]

Donde:

l: Longitud despus de la rotura


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l0: longitud inicial

S0: Seccin transversal inicial

En la Tabla 4.1 se realiza una comparacin de las propiedades ms

importantes

de los materiales ms usados Al y Cu en las lneas de transmisin, para esta

comparacin debemos considerara lo siguiente:

- La longitud del conductor ser la misma

- La resistencia elctrica del conductor ser la misma

- La temperatura a la que se encuentran los materiales es la misma

TABLA CARACTERSTICAS DEL Al y Cu

La seccin nominal mnima admisible de los conductores de cobre y sus

aleaciones deben ser de 10 mm2. En el caso de los conductores de acero

galvanizado la seccin mnima admisible ser de 12,5 mm2.

Para los dems metales, no se deben usar conductores de menos de 350 kg

de carga de rotura.

Carga de rotura: Es la carga por unidad de superficie de la seccin original,

aplicada en el momento de la rotura de la probeta. Normalmente se expresa

en

N/mm2.

SECCIONES DE LOS CONDUCTORES. [10]

La resistencia elctrica de un conductor est dada por:


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Donde:

Rmaterial: resistencia del material Al, Cu, Acero, etc.

material: resistividad del material

Lmaterial: longitud del conductor

Smaterial: seccin del conductorPara el Al:

Para el Cu:

Se asume:

Igualando


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Despejando SAl:

Como se puede ver, el conductor de Aluminio tiene 1,61 veces mayor seccin

que el conductor de Cu, para una misma resistencia. Esta propiedad encontrada

en primera instancia representa un inconveniente para el conductor de Al.

RESISTENCIA MECNICA DE TRACCIN DE LOS CONDUCTORES.

La mxima traccin de un conductor est dada por:

Donde:

Tmaterial: tensin mxima a la traccin del material Al, Cu, Acero, etc.

material: carga de rotura del material

Smaterial: seccin del conductor

Para el Al:

Para el Cu:


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Dividiendo se tiene:

Para una misma resistencia elctrica, la ecuacin muestra que la tensin

mxima de traccin del Cu es mayor que la del Al.

PESOS DE LOS CONDUCTORES.

El peso de cada material esta dado por:

Donde:

Pmaterial: peso del material Al, Cu, Acero, etc.

Smaterial: seccin del conductordmaterial: densidad del material

Para el Al:


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Para el Cu:


Se puede evidenciar que el peso del Cu es mayor que el del Al, es decir el

conductor de Al pesa 49% el peso del conductor de Cu. Esto es una ventaja muy

importante.


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COSTO DE LOS CONDUCTORES.

Los costos de un material especfico esta dado por la siguiente ecuacin:

Donde:

Cmaterial: costo del material Al, Cu, Acero, etc.

Pmaterial: peso del material

pmaterial: precio unitario del material

Para el Al:

Para el Cu:


En la frmula obtenida se puede ver que el precio en este ao 2008 est en

una relacin de 6,56 mayor el precio del Cu que el Al. En la tabla 4.3 se notan los


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precios del Al, aleacin de Al y Cu en los meses de enero, febrero y marzo delao

2008.

MATERIALES DE LOS CONDUCTORES.

Los conductores usados en sistemas de transmisin en EHV-UHV (Extra High

Voltaje-Ultra; High Voltaje), emplean conductores de aluminio, as como

aluminio y acero, se muestran las ventajas y desventajas que

presentan el aluminio y el cobre:

VENTAJAS:- El costo del aluminio es aproximadamente el 15% del costo del cobre.

- El peso del aluminio es aproximadamente el 45% que el cobre.

- El peso especfico del cobre es mucho mayor que el aluminio.

DESVENTAJAS:

- Los cidos, la sal, los sulfatos, el medio ambiente atacan ms a los

conductores de aluminio.

- Los conductores de aluminio presentan una baja carga de rotura.

Por lo que,

- Las aleaciones de aluminio mejoran las caractersticas del aluminio, debido a

eso son usados en las lneas de transmisin, mejorando la carga de rotura,

para un peso similar y disminuyendo el precio respecto al precio del aluminio.

Se debe tomar en cuenta, lo siguiente:

1) Los conductores de aluminio se utilizan siempre en forma de hilos

cableados, debido a que poseen mejor resistencia a las vibraciones que los

conductores de un nico alambre.

2) La dureza superficial de los conductores de aluminio es sensiblemente

menor que para los de cobre, se los debe manipular con cuidado, adems los hilos


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que componen el conductor deben ser de 2 mm de dimetro o ms, para que

especialmente en las operaciones de tendido no se arriesguen daos graves.

3) Expuestos a la intemperie se recubren rpidamente de una capa protectora

de xido insoluble y que protege al conductor contra la accin de los agentes

exteriores. Pese a esto deber prestarse atencin cuando hay ciertos materiales

en suspensin en la atmsfera, zonas de caleras, cementeras, etc. exigen

seleccionar una aleacin adecuada.

4) Ciertos suelos naturales atacan al aluminio en distintas formas, por lo que

no es aconsejable utilizarlo para la puesta a tierra de las torres, al menos cuando

se ignoran las reacciones que el suelo puede producir.5) El aire marino tiene una accin de ataque muy lenta sobre el aluminio, de

todas maneras las lneas construidas en la cercana del mar han demostrado

ptimo comportamiento. Teniendo en cuenta extremar las precauciones en lo que

respecta al acierto en la eleccin de la aleacin y su buen estado superficial.De

manera general el ataque ser ms lento cuantos menos defectos superficiales

haya. Los defectos superficiales son punto de partida de ataques locales que

pueden producir daos importantes, si no se presentan entalladuras o rebabas

que pueden ser causadas por roces durante el montaje los hilos sern menos

sensibles al ataque exterior.

6) El aluminio es electronegativo en relacin a la mayora de los metales que

se utilizan en las construcciones de lneas, y por esto se debe tener especial

cuidado en las uniones.

7) La temperatura de fusin del aluminio es 660 C mientras el cobre funde a

1083 C por lo tanto los conductores de aluminio son ms sensibles a los arcos

elctricos.


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TIPOS DE CONDUCTORES USADOSEN LNEAS DE TRANSMISIN.

a. Conductores HOMOGNEOS de ALUMINIO

El aluminio es, despus del cobre, el metal industrial de mayor conductividad

elctrica. Esta se reduce muy rpidamente con la presencia de impurezas en el

metal. Lo mismo ocurre para el cobre, por lo tanto para la fabricacin de

conductores se utilizan metales con un ttulo no inferior al 99.7%, condicin esta

que tambin asegura resistencia y proteccin de la corrosin.

b. Conductores HOMOGNEOS de ALEACIN de ALUMINIOSe han puesto a punto aleaciones especiales para conductores elctricos.

Contienen pequeas cantidades de silicio y magnesio 0.5 a 0.6 %

aproximadamente y gracias a una combinacin de tratamientos trmicos y

mecnicos adquieren una carga de ruptura que duplica la del aluminio

hacindolos comparables al aluminio con alma de acero, perdiendo solamente

un 15% de conductividad respecto del metal puro.

c. Conductores MIXTOS de ALUMINIO ACERO

Estos cables se componen de un alma de acero galvanizado recubierto de una

o varias capas de alambres de aluminio puro. El alma de acero asigna solamente

resistencia mecnica del cable, y no es tenida en cuenta en el clculo elctrico del

conductor.

Tambin se realizan conductores mixtos de aleacin de aluminio acero,

lgicamente tienen caractersticas mecnicas superiores, y se utilizan para vanos

muy grandes o para zonas de montaa con importantes sobrecargas de hielo.

Existen muchos tipos de cables que son utilizados para la transmisin de

energa elctrica en lneas de transmisin. Estos incluyen los siguientes:


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CONDUCTORES USADOSEN 230 kV.

Existen cinco diseos en uso comn:

- AAAC: Diseos homogneos, conductor de aleacin de aluminio.

- ACSR: Diseos compuestos, conductor de aluminio con refuerzo de

acero.

- AAC: Conductor de aluminio, clases AA; A; B y C.

- AACSR: Conductor de aleacin de aluminio con refuerzo de acero.

- ACAR: Conductor de aluminio con refuerzo de aleacin.

4.4.2. CONDUCTORES DEALEACIN DEALUMINIO (A.A.A.C)

Este conductor es fabricado usando una aleacin de aluminio de alta fortaleza

proporcionando as, una alta relacin resistencia-peso. La aleacin de aluminio de

este tipo de conductores ofrece una mayor resistencia a la corrosin que el

conductor A.C.S.R.

Los conductores de aluminio son fabricados segn el estndar 6201-T81

conforme a las especificaciones ASTM B-399 son similares a otros conductores

conocidos comercialmente como Ardival, Aldrey o Almelec. Son desarrollados

para cubrir la necesidad de un conductor econmico para lneas de transmisin

que requieren una fortaleza mayor que la proporcionada por los conductores de

aluminio 1350, pero sin contener ncleo de acero.

La resistividad DC a 20 C de los conductores 6201-T81 y el A.C.S.R estndar

del mismo dimetro es aproximadamente la misma. Los conductores de

aleaciones 6201-J81 son ms fuertes y por ende, tienen mayor resistencia a la

abrasin que los conductores de aluminio 1350-H19.

Estos conductores se utilizan cuando se necesita un esfuerzo de tensin

elevado y una elevada relacin de esfuerzo mecnico-peso para la optimizacin


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de las flechas en vanos largos. Estos conductores son tiles para instalaciones en

zonas costeras o de alta corrosin ambiental, donde los A.C.S.R no pueden ser

utilizados.

CONDUCTORES DEALUMINIO CON REFUERZO DEACERO A.C.S.R.

Este conductor se utiliza sobretodo en tramos largos debido a su alta

resistencia mecnica pero no deben usarse en lugares corrosivos por efectos

volcnicos entre el acero y el aluminio, lo cual debilita al conductor provocando su

falla. El cableado con ncleo variable de acero permite alcanzar la durezadeseada sin perjudicar la corriente mxima que puede soportar el cable.

Es un conductor cableado concntricamente, compuesto por una o ms capas

de alambre de aleacin de aluminio 1350-H19 cableado con ncleo de acero de

alta resistencia.

Estos conductores estn compuestos de varios alambres de aluminio, de igual

o diferente dimetro nominal, y de alambres de acero galvanizado. Los alambres

van cableados en capas concntricas.

Este tipo de conductores tiene un tipo de inconveniente con respecto a los de

aluminio exclusivamente, es su mayor peso. No obstante, tiene una mayor

resistencia mecnica, logrando disminuir con ello el nmero de apoyos y de

aisladores al poderse aumentar la longitud de los vanos.

Las proporciones de aleacin de aluminio y acero pueden ser ajustadas para

obtener la relacin conductividad-fortaleza que mejor se ajuste al uso final del

cable. Es posible agregar proteccin adicional anti-corrosin aplicando grasa al

ncleo al cable completo. Existen adems otros tipos de cables A.C.S.R:

- A.C.S.R/AW: Conductor de aluminio con refuerzo de acero aluminizado.

- A.C.S.R/TW: Conductor de aluminio con refuerzo de acero.

- A.C.S.R/AE: Conductor de aluminio con refuerzo de acero.

- A.C.S.R/T-2,A.A.C/T-2 y A.A.A.C/T-2.


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CONDUCTOR DEALUMINIO CON REFUERZO DEACERO ALUMINIZADO

A.C.S.R/AW

El conductor A.C.S.R/AW ofrece las mismas caractersticas de fortaleza del

A.C.S.R pero la corriente mxima que puede soportar el cable y su resistencia a la

corrosin son mayores debido al aluminizado del ncleo de acero.

Provee mayor proteccin en lugares donde las condiciones corrosivas del

ambiente son severas.

CONDUCTOR DEALUMINIO CON REFUERZO DEACERO A.C.S.R/TW

Este tipo de conductores es ideal para repotenciar las lneas de transmisin ya

que ofrece el mismo dimetro que el A.C.S.R pero soporta una mayor corriente.

Las estructuras a utilizar deben ser evaluadas cuidadosamente debido al gran

peso de este conductor.

CONDUCTOR DEALUMINIO CON REFUERZO DEACERO A.C.S.R/AE

Como su nombre lo indica el A.C.S.R/AE air expanded A.C.S.R es un

conductor cuyo dimetro ha sido incrementado o expandido por espacios de aire

entre las capas exteriores de aluminio y el ncleo de acero.

A.C.S.R/T-2, A.A.C/T-2 Y A.A.A.C/T-2

Este nuevo conductor soporta el efecto galloping por causas elicas y

proporciona baja vibracin en las lneas de transmisin.

CONDUCTOR DEALUMINIO, CLASESAA, A, B, C A.A.C

Los conductores de aluminio, clases AA, A, B, C pueden ser tambin

conductores de cableado compactos para uso en lneas de transmisin area y

para ser recubiertos con aislamientos especficos, cuando por razones de diseo


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de la lnea, la capacidad de corriente debe ser mantenida y se desea un conductor

ms liviano que el A.C.S.R y la resistencia a la traccin o esfuerzo de tensin

mecnico mximo no es un factor crtico.

Conductores trenzados de mayor flexibilidad clases B y C son usados en

aplicaciones para conexiones o puentes de equipos elctricos, en

subestaciones,etc. Cada clase est relacionada con el cableado y son un

indicativo de la flexibilidad relativa del conductor, siendo AA la menos flexible y C

la de mayor flexibilidad. Los conductores de aluminio 1350 se clasifican de la

siguiente manera:

CLASES DE CONDUCTORES DEALUMINIO A.A.C

Clase

AA

Conductores normalmente usados en lneas de transmisin areas.

A

Conductores a ser recubiertos por materiales resistentes al clima

y conductores desnudos con alta flexibilidad.

B

Conductores a ser aislados con diversos materiales y conductores

que requieren mayor flexibilidad.

C Conductores que requieren la ms alta flexibilidad

CONDUCTOR DEALEACIN DEALUMINIO CON REFUERZO DE

ACERO A.A.C.S.R

El A.A.C.S.R es un conductor, cableado concntricamente, compuesto por una

o ms capas de alambre de aleacin de aluminio 6201-T81 cableado con un

ncleo de acero de alta resistencia. El ncleo puede estar conformado por un

alambre de acero simple o por varios, cableados, dependiendo del tamao.


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Este tipo de conductor ofrece una fortaleza ptima para el diseo de lneas de

transmisin. El cableado con ncleo variable de acero permite alcanzar la dureza

deseada sin disminuir la corriente mxima que puede soportar el cable.

Las proporciones de aleacin de aluminio y acero pueden ser ajustadas para

obtener la relacin conductividad-fortaleza que mejor se ajuste al uso final del

cable. Es posible agregar proteccin adicional anticorrosin aplicando grasa al

ncleo o al cable completo.

CONDUCTOR DEALUMINIO CON REFUERZO DEALEACIN A.C.A.R

Su buena relacin resistencia-peso lo hace un cable recomendable en

aplicaciones en las que tanto la corriente mxima que puede soportar el cable

como su fortaleza son consideraciones de importancia en el diseo de las lneas

de transmisin.

Estos conductores ofrecen una buena resistencia a la traccin y un excelente

relacin esfuerzo de tensin-peso, para el diseo de estas lneas cuando tanto la

capacidad de corriente como la resistencia mecnica son factores crticos a ser

considerados en el mismo. El alma de aleacin de aluminio de estos conductores

est disponible en diversas formaciones, de acuerdo al esfuerzo de tensin

deseado. Adems a igual peso, los conductores A.C.A.R ofrecen mayor

resistencia mecnica y capacidad de corriente que el A.C.S.R.

CARACTERSTICAS MECNICAS

Los valores que caracterizan el comportamiento mecnico del cable son el

mdulo de elasticidad E y el coeficiente de dilatacin lineal , este ltimo al

disminuir la temperatura influye reduciendo la longitud del conductor y

aumentando el tiro, su solicitacin mecnica.

En cables mixtos interesa encontrar valores equivalentes a un conductor ideal

homogneo:


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Donde:

SAl y SAc: Secciones del aluminio y acero respectivamente.

El valor de la carga de rotura nominal de un conductor mixto aluminio acero

est dada por:

Siendo Rac y Ral las cargas de rotura de los hilos correspondientes, para

aleacin de aluminio acero en cambio:

SELECCIN DEL TIPO DE CONDUCTOR.

Los conductores homogneos de aluminio por sus bajas caractersticas

mecnicas tienen el campo de aplicacin fuertemente limitado, ya que vanos

relativamente grandes llevaran a flechas importantes que obligarn a aumentar la


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altura de los soportes, como tambin fijar distancias notables entre las fases

originando cabezales de grandes dimensiones, este tipo de conductor se utiliza

entonces para los vanos de las estaciones elctricas o en las lneas con vanos

relativamente cortos.

Los conductores de aleacin de aluminio, o de aluminio acero, con

caractersticas mecnicas elevadas, permiten cuando las trazas son rectilneas

hacer trabajar a los conductores con los mximos esfuerzos que le son permitidos.

Esto da por resultado, grandes vanos, con el consiguiente ahorro de torres,

aisladores, morseteria y fundaciones.

A su vez los conductores de aleacin de aluminio presentan algunas ventajas

respecto de los de aluminio acero, a saber:

- Mayor dureza superficial, lo que explica una menor probabilidad de daos

superficiales durante las operaciones de tendido, y como consecuencia se

tendrn menos perdidas corona, y menor perturbacin radioelctrica.

- Menor peso, el ser ms liviano, para flecha y vanos iguales da como

consecuencia a igual altura de torres menor peso en las torres terminales y

angulares, por la menor solicitacin mecnica, esto influye en la economa

especialmente cuando la traza es quebrada.

Para el caso de trazas rectilneas, a igualdad de tensin mecnica de tendido,

se tiene menor flecha para igual vano, y en consecuencia menor altura de las

torres de suspensin.

Una desventaja para la aleacin de aluminio es que por sus caractersticas

mecnicas consecuencia de tratamientos trmicos, el cable es sensible a las altas

temperaturas (no debe superarse el lmite de 120 C) por lo que debe prestarse

especial atencin al verificar la seccin para las sobrecorrientes y tener

particularmente en cuenta la influencia del cortocircuito.


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SELECCIN CON CRITERIO ELCTRICO.

El conductor es el componente que justifica la existencia de la lnea, en rigor

toda la obra se hace para sostenerlo, siendo la eleccin acertada del conductor la

decisin ms importante en la fase de proyecto de una lnea de transmisin.

La correcta eleccin del conductor, es una variable importante en los

parmetros de la lnea, otras variables son en particular la tensin, la energa a

transportar, etc. Debe tenerse presente que de la correcta eleccin del conductor

es proporcional al costo incremental de la energa que la lnea transmite.

Las caractersticas elctricas y mecnicas del conductor influyen en el diseo

delas torres, y su ubicacin en el terreno, puede deducirse que existe una familia

de conductores que satisfacen tcnicamente la relacin existente entre torre y

conductor, pero solo uno es el ms apto para satisfacer las reglas de las cuales no

debe apartarse para el diseo de la lnea de transmisin.

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 IR ).

La verificacin del tamao o seccin transversal del conductor se puede

efectuar mediante la capacidad de corriente, debiendo tomar en cuenta las


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caractersticas de la carga, requerimientos del NEC, efectos trmicos de la

corriente de carga, calentamiento, prdidas por induccin magntica y en el

dielctrico.

El objetivo fundamental es lograr un diseo con mnimos costos de la obra

teniendo en cuenta su construccin y funcionamiento durante un periodo dado.

El objetivo es minimizar:

- Perdidas de transporte de energa.

- Costo de las instalaciones de transporte de energa.

Las prdidas presentadas en las lneas de transmisin de energa debido alefecto Joule y al efecto Corona ligados respectivamente a la corriente y a la

tensin aplicada, se reducen aumentando el dimetro del conductor, que implica

un aumento de seccin, e incrementos en los costos de las instalaciones no es

entonces posible reducir perdidas y simultneamente reducir el costo de la obra.

Por lo que se debe hallar un punto de equilibrio entre estos criterios para

obtener una solucin ptima de la solucin a obtener.

Por otra parte como toda obra, las lneas tienen una vida econmicamente til,

en la cual se espera amortizar el capital invertido.

Las prdidas de transmisin representan la energa producida o adquirida (por

quien explota la lnea) y no vendida, las inversiones realizadas en las instalaciones

deben amortizarse en el plazo de vida til establecido, y esto tiene un costo

financiero y por lo tanto el costo de transporte depende de la suma del costo de

prdidas y costos financieros, que cuando alcanzan el mnimo, minimizan el costo

de transporte.

Para clculos de esta ndole es usual determinar el costo anual de energa e

instalaciones.


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La Tabla 4.2., resumen los principales tipos de conductores en MCM utilizados

TABLA 4.2 CONDUCTORES USADOS

CONDUCTORES DEALUMINIO REFORZADOS CON ACERO ACSR

Los conductores de aluminio desnudo reforzados con acero tipo ACSR

ofrecen una resistencia a la traccin o esfuerzo de tensin mecnico ptimo para

el diseo las lneas de transmisin.

Este tipo de conductores estn constituidos de un conductor formado por

alambres de Aluminio grado EC cableados helicoidalmente alrededor de un ncleo

de acero galvanizado, el cual puede consistir, o bien de un alambre o de un

cableado helicoidal de una o varias capas de acero galvanizado.

La conductividad del ACSR se eligi semejante a la del Aluminio grado EC

(61%) ya que se asume que el acero no contribuye a la conduccin.

La relacin del rea transversal de aluminio al rea transversal de acero

puede ser variada de manera tal que, para una conductividad dada el conductor

puede ser cableado con diferentes cargas de ruptura, simplemente variando el


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Se presenta otra alternativa, aparte del ACSR, y son los conductores de

aluminio reforzados con AA6201 (ACAR).

El ACAR consiste en un conductor formado por alambres de aluminio grado

EC cableados helicoidalmente alrededor de un ncleo con una o varias capas de

AA6201. La versatilidad en el diseo del ACAR con respecto a sus ptimas

propiedades elctricas y de traccin, permite obtener el diseo de lneas

especficas.

La excelente resistencia a la corrosin los hace especialmente adecuados

para el servicio en ambientes industriales y martimos muy severos (en los cuales

no puede esperarse el buen servicio de los ACSR) ya que, siendo los materiales

homogneos, queda eliminada la posibilidad de corrosin galvnica.


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Captulo IIIAisladores y Herrajes

Pensar es fcil; actuar, difcil; transformar los pensamientos en actos es lo ms difcil

Johann W. Goethe


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Cap. III. Aisladores y Herrajes. Pg. 57

AISLADORESGeneralidades:

Los aisladores en las lneas de transmisin de alta tensin sirvenfundamentalmente para sujetar a los conductores, de manera que estos no se

muevan en sentido longitudinal o transversal. Como su nombre lo indica, deben

evitar la derivacin de la corriente de la lnea hacia tierra, ya que un aislamiento

defectuoso acarrea prdidas de energa y en consecuencia un aumento del gasto

de explotacin comercial del sistema. Los aislantes cumplen la funcin de sujetar

mecnicamente los conductores a las estructuras que los soportan, asegurando el

aislamiento elctrico entre estos dos elementos.

As pues, por algunas dcadas, las cualidades elctricas y mecnicas de

los aisladores no debern ser destruidas, por ninguno de los esfuerzos de todo

tipo que estarn sometidos. Adems, debern facilitar todo trabajo que pudiera

efectuarse en la lnea, aun mantenida en tensin elctrica, sin perjudicar la

recepcin de las seales electromagnticas, radio, televisin y otros, ni la esttica

si fuera posible. El sistema formado por conductores - aislador - apoyo puede

considerarse como un condensador en el que el aislador hace las veces de

material dielctrico. Este condensador no es perfecto y su impedancia tiene cierta

componente resistiva por lo que la intensidad no adelanta 90 sino un ngulo algo

menor. Al ngulo se le conoce con el nombre de ngulo de prdidas y a

tag=Ia/Ir se le denomina factor de prdidas. La componente Ia es la causante del

calentamiento del aislador.


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Las caractersticas que definen a un aislador

son:

Lnea de fuga (ver figuras)

Distancia disrruptiva o de contorneamiento.

Tensin disrruptiva: tensin en kV a la que se

produce la descarga disrruptiva.

Tensin de perforacin: tensin en kV a la que

tiene lugar la perforacin del aislante.

Peso, forma y medidas.

Resistencia mecnica (deber emplearse un coeficiente de seguridad de 3).

Es evidente que en un aislador debe tener una rigidez dielctrica suficiente,

adems de tener resistencia mecnica, larga vida de trabajo y resistencia a la

corrosin; por ello los materiales que mejor se adaptan son el vidrio y la porcelana.

Los aisladores se pueden

clasificar desde diferentes puntos de vista, segn el material elegido para sumanufactura: aisladores de vidrio, porcelana o de plstico. Segn su uso de tiene

aisladores de intemperie y aisladores de recintos cubiertos, aislador de suspensin

o aisladores de amarre, as como tambin aisladores de apoyo. Tambin se

diferencia entre aisladores de corriente continua y de corriente alterna.

Materiales para Aisladores

Las pioneras lneas de transmisin areas de distribucin de electricidad de

alta tensin de corriente continua en 1882 y luego de alterna en 1885, fueron

construidas con aisladores de vidrio recocido rgidamente ligados al soporte, a los

cuales estaban sujetos los conductores por medio de una ligadura.


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Figura 8. Diferentes tipos de Aisladores empleados a lo largo de la

historia

Porcelana: La porcelana se prob sin gran xito entre 1890 y 1893, para cuando

se desarrollo el procedimiento de fabricacin por va hmeda, que permiti obtener

un material no poroso, de caractersticas mecnicas superiores a las del vidrio

recocido.

La porcelana electrotcnica consiste bsicamente

de un agregado de caoln (silicato de aluminio puro:

Al2O2 2SiO3 2H2O), cuarzo (anhdrido silcico:

SiO2) y feldespato (silicato aluminio-potsico: K2O

Al2O3 6 SiO2). De ellos el caoln mejora las

propiedades trmicas, el cuarzo las mecnicas y el


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feldespato las elctricas. Contiene, por lo general, entre un 40 y 60 % de caoln,

entre un 20 y 30 % de cuarzo y entre un 20 y 30 % de feldespato. La porcelana

electrotcnica lleva a menudo una parte considerable de arcilla, no slo en lugar

del caoln, sino tambin en sustitucin del feldespato porque proporciona mayor

capacidad que el caoln y menos conductividad elctrica que el feldespato ya que

contiene menos lcalis.

El material es particularmente resistente a compresin por lo que se han

desarrollado especialmente diseos que tienden a solicitarlo de esa manera.

El material que hasta el presente parece haber dado mejores resultados para uso

a la intemperie es la porcelana. Con tal finalidad se usa exclusivamente la

porcelana dura vidriada, la cual consiste de mezcla de feldespato, cuarzo y caoln,

pues es la mejor que satisface las condiciones requeridas por un buen aislante.

Aunque la porcelana, es hoy por hoy uno de los materiales de mayor uso; posee

algunas desventajas. Es importante que el vidrio de la capa vitrificada que recubre

la porcelana posee el mismo coeficiente de expansin trmica que la porcelana,

pues de lo contrario surgen tensiones internas, que transcurrido cierto tiempo, semanifiestan en forma de pequeas grietas; acortando la vida del aislador.

Por otra parte, un inconveniente se presenta en la en la elaboracin de la

porcelana, debido a la contraccin que experimenta el material durante la segunda

coccin (secado y sinterizacin), lo que arroja una inevitable inseguridad en las

dimensiones finales. Otro inconveniente de la porcelana en servicio, es la

fragilidad ante descargas por arco. El cual, al denotar cierta potencia en la

proximidad de la superficie de la misma, la destruye por fusin y requerimiento.

Basta para ello que el arco persista por fracciones de segundo.

En la prctica se trata de alejar el arco de la superficie de la porcelana con la

ayuda de cuernos protectores o cuernos de descarga


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Vidrio: A partir de 1935, se utiliz el templado para los dielctricos de vidrio,

obtenindose piezas con gran resistencia mecnica. Esencialmente los

imperativos mecnicos son los que han presidido la evolucin de los aislantes

utilizados, para las lneas de transporte de energa.

Son sustancias inorgnicas amorfas

constituidas por sistemas complejos de

diversos xidos. Adems de los xidos

vitrificantes, es decir, de aquellos quede por s son capaces, en estado puro,

de formar vidrio (SiO2, B2O3), en la

composicin de los vidrios se

introducen otros xidos alcalinos (Na2,

K2O), alcalinotrreos (CaO, BaO) y tambin PbO, Al2O3 y otros. La base de la

mayora de estos vidrios la forma el SiO2; estos vidrios se llaman de slice o

silcicos.

El aislador de vidrio se obtiene fundiendo diferentes materiales de granulometra;

tales como arena, carbonato de sodio, dolomita carbonato de bario, carbonato de

potasio, sulfato de bario, y piedra caliza, en un horno de fundicin continua. Al

igual que la porcelana, la proporcin de los elementos que constituyen al material

acabado permiten modificar o variar las caractersticas elctricas, trmicas y

mecnicas. Una vez moldeado el aislador, se le somete a enfriamiento rpido

mediante un chorro de aire. Con esto se logra que la parte externa se contraiga,

permaneciendo la parte interior con calor y se contrae, mientras que la

exterior se expande. Mediante este proceso el vidrio queda sometido

permanentemente a una tensin interna uniforme, lo que lo confiere una gran

resistencia mecnica.


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Otras ventajas del vidrio en comparacin con la porcelana son: su constante

dielctrica de 7.3 (la de la porcelana es 6) y su elevado coeficiente de expansin

trmica mayor a la del vidrio. Hasta ahora, solo los vidrios y las cermicas,

productos minerales frgiles, han recibido la sancin favorable de la experiencia. A

medida que los niveles de tensin elctrica han aumentado en los sistemas de

transmisin las formas y los materiales de construccin de los aislantes ha sido

especialmente estudiado, debido a los grandes esfuerzos elctricos a que se ven

sometido, siendo necesario conocer los niveles de aislamiento elctrico.

Polimeros: Los aisladores de plstico se han venido encontrando una aplicacin

cada vez mayor de las instalaciones de alta tensin bajo techo, debido

fundamentalmente a las ventajas que presentan frente a los aisladores de

cermica y vidrio, entre las cuales resaltan:

Mayor libertad y facilidad en el acabado final del aislador, permitiendo adems el

vaciado simultneo de piezas metlicas.

Mejor comportamiento elstico y mayor resistencia contra impactos mecnicos

Peso reducido y elevada resistencia dielctrica.

En las instalaciones a la intemperie se aprecia tambin una fuerte tendencia en la

aplicacin creciente de aisladores de plstico, si bien los estudios e

investigaciones no pueden contemplarse como finalizados. El material ms

indicado para la fabricacin de los aisladores plsticos parece ser la resina

sinttica. Los experimentos de tensin mecnica a muy baja temperatura (-20C)

han demostrado, sin embargo que no todas las resinas sintticas hasta ahora

aplicadas en la electrotecnia pueden soportar los severos desafos de la prctica,

quedando as descartadas las resinas del tipo ciclo aliftico, mientras que los


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elastmeros de silicn parecen arrojar mejores resultados en un margen de

temperatura comprendido entre 60 y +180C.

Actualmente los polmeros ms usados en la construccin de aisladores

polimricos son un terpolmero de etileno propileno y dieno (EPDM) y los

construidos a base de goma de silicona (SiR). Fibras de vidrio y resina en el

ncleo, y distintas "gomas" en la parte externa, con formas adecuadas, han

introducido en los aos mas recientes la tecnologa del aislador compuesto. Estas

modernas soluciones con ciertas formas y usos ponen en evidencia sus ventajas

sobre porcelana y vidrio.

Aplica

cinde los Aisladores Polimricos.

Con la finalidad de mejorar el comportamiento elctrico y mecnico de los

aisladores plsticos se estn empleando actualmente una gran cantidad de

aditivos, cuya discusin excedera apreciablemente el margen del presente

escrito. Cabe sealar, nicamente, que los aisladores de plsticos estn

encontrado una creciente aplicacin en los sistemas de transmisin de energa,

encontrndose desde hace algunos aos en operacin aisladores diseados contensiones de 110 kV.


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Muestra de Diferentes Tipos de Aislantes Compuestos

Clasificacin de los aisladores de acuerdo a su funcin

1. Aislador de suspensin y/o amarre

1.1.Aislador de Campana y esparrago (Cap. And Pin): Este tipo de aislador

tambin es denominado plato, en este el material aislante (porcelana,

vidrio, etc.) tiene adherido con cemento a lado y lado, elementos metlicos

que se pueden encajar uno dentro de otro, permitiendo la formacin de

cadenas flexibles, tambin se encajan los accesorios de conductor o

herrajes, adems de las estructuras, con lo cual completan su fijacin.


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Aislante de Suspensin, Tipo

Campana Esprrago (Ball and Socket

Type)

Aislador de Suspensin, Tipo Ojo-Pasador (Clevis Type)

El aislador de suspensin de tipo campana y esprrago (cap and pin)

domina hoy da el margen de tensiones comerciales comprendido a partir de los

70 kV. Para tales tensiones el aislador de apoyo resulta antieconmico, siendo

adems apreciable la longitud que tendran que denotar los mismos para vencer

tensiones ms altas. Los aisladores a base de campana y esprrago (tambin

denominados rotula y horquilla) denotan la peculiaridad de poder suspender, hasta

cierto lmite, a un elemento del otro, formando una especie de cadena, hasta

vencer la tensin deseada. Este hecho a simplificado notablemente la manufactura

del aislador, concentrndose especialmente su produccin en el Japon (empresa

NGK).


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1.2.Partes de un aislador de

Campana:

Partes de Aislador de suspensin, tipo Campana-Esprrago. 1 Caperuza Metlica,

denominada tambin capurucha, fabricada de acero galvanizado en caliente. 2

Pasador de Seguridad, fabricado en latn o acero inoxidable. 3 Cemento

Porttland. Tiene como finalidad unir a la caperuza metlica a la falda del elemento.

4. Falda de cermica o vidrio templado. ltimamente tambin de plstico, cuando

menos para fines experimentales. 5. Esprrago de fabricado de acero

galvanizado.


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2. Aisladores de Soporte

Se emplean generalmente en sistema de hasta 69

kV, constan o bien de una sola pieza de porcelana, o

de varias piezas cementadas entre s. La superficie del

ncleo, sigue, en lo posible, la direccin de las lneas

de fuerza y las campanas viene a ser perpendiculares

a las mismas, con lo cual se evitan, por un parte, los

espacios huecos con intenso flujo de campoelectrosttico, y por otra, se consigue que la

distribucin del campo sea aproximadamente la misma

en estado seco que en estado hmedo.

Con miras a obtener economa de inversin, a

veces se reemplazan las cadenas de aisladores por aisladores de un solo cuerpo

que es de tipo slido y hace veces de la cadena

Aislante de Subestacin Post-Type, para 161 kV

pues oscila de su punto de sujecin y aunque no es tan flexible, le permite al

conductor sus movimientos en todos los sentidos. Se produce de dos tipos: uno

para condiciones normales, y otro con mayor nmero de pliegues para cuando

existe polucin.

En Norteamrica, se han desarrollado un tipo que adems de ser rgido

tiene en un extremo un soporte con el cual se puede anclarse al poste mediante

tornillos, y en el otro extremo una mordaza de suspensin. Las ventajas de este

tipo conocido como Line-Postson que se evita la construccin de los brazos; se

ahorra espacio, lo que permite su utilizacin en zonas urbanas sin que presente


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mucha interferencia, y luego su disposicin horizontal lo hace recomendable en

zonas donde haya salitre pues se lava fcilmente sin que se produzca contorneos,

o bien sea con lluvia o lavado a presin.

La principal desventaja es la limitacin de tipo mecnico pues al ocupar la

posicin de un brazo debe soportar los esfuerzos que le transmite el conductor sin

posibilidad de moverse. Este tipo de aislador fue usado en la lnea que une a la

Subestacin Coro con la planta de generacin de la localidad, principalmente por

las condiciones de esa lnea que esta prcticamente al borde de los mdanos y

por supuesto recibe toda la contaminacin del mar; de igual forma la electricidadde Valencia emplea en la zona del casco central de Valencia este tipo de

aisladores.


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Ejemplo de un Aislante de Subestacin Post-Type Aislador

Post-Type, 35 kV

Los aisladores de tipo soporte tambin son conocidos como aisladores de

cuerpo macizo, ya que estn constituido por un cilindro macizo de cermica

provisto de aletas, que tienen en cada extremo una pieza metlica de conexin.

Esta pieza puede ser; envolvente en forma de casquete sellado alrededor de los

extremos troncoconicos, provistos en el cilindro, o en forma de varilla sellada enuna cavidad precisa con este objeto. Los sistemas de conexin entre estos

aisladores, o con las torres, o los cables, estn formados por rotulas u horquillas

como en el caso de los aisladores de caperuza y espiga.

En este tipo de aislador la conexin con el conductor es rgida y directamente

con pinzas o mordazas. Estos aisladores pueden utilizarse en posicin vertical,

horizontal u oblicua. Sin embargo, en cada caso particular conviene asegurarse

con el fabricante que cada aislador seleccionado, sea instalado en la posicin

elegida, y que responde a las caractersticas deseadas. Este tipo de aislador,

puede ser sometido en explotacin a tensiones mecnicas de flexin, traccin y

compresin, an de tensiones de torsin algunas veces cercana a la de ruptura

del conductor

3. Aisladores Tipo Espiga, Palillo o Pin (Pin Type)

Este tipo de aislantes se caracteriza porque la fijacin que hacen del conductor

es rgida. Hay variedades en cuanto al tamao y forma de sujetar al conductor; en

su gran mayora requieren de ligaduras, o sea de hilos del mismo material del

conductor que amarren este del aislador, gracias a sus formas exteriores; tambin


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los hay que tiene una pinza o mordaza en el tope estos aisladores tiene una rosca

interna que aloja la espiga y a ella se ajusta gracias a una caperuza de plomo que

se deforma para asentarse a la cruceta, y sobresale a partir de ella roscada, en

una longitud que varia si se trata de cruceta de hierro o madera. No se recomienda

ponerlos en ngulos verticales mayores de 4, ni por supuesto como terminales,

amarres o anclajes.

Aisladores de Soporte de la firma PIGA

El dielctrico es de vidrio templado, porcelana, y hasta plstico en tiempos

recientes. El material de conexin es un mortero de cemento aluminoso o

Portland. La forma de la cabeza esta diseada de tal modo, que los esfuerzos de

traccin aplicados al aislador se transforman, tanto como sea posible, en


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compresin en los dielctricos, ciertas tensiones de cizalladura. La forma

socavada interior de la cabeza, necesaria para la fijacin del sellado de la espiga,

se obtiene sea por el paso de un tornillo que retira despus del prensado del

dielctrico, sea por medio de una deformacin o elaboracin posterior a la

formacin de dicha cabeza. En el caso del aislador de porcelana, esta socavacin

puede evitarse aplicando, antes de la coccin partculas de pastas precocidas, las

cuales despus de la coccin formaran cuerpo con la pieza, permitiendo la fijacin

del mortero. Este procedimiento es conocido con el nombre de "sandage", se

utiliza corrientemente aun ahora.

Aislador Tpico Pin-Type de 69 Kv

Cadenas de Aisladores.

En las lneas de transmisin areas debido a el alto nivel de tensin

elctrica en la cual operan se hace necesario la utilizacin de cadenas de

aisladores, constituidas porn aisladores en serie, donde el nivel de aislamiento de

la cadena es siempre menor que n veces la aislamiento de un aislador solo, y esto


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es ms notorio cuando el nmero de aisladores es grande. El largo de la cadena

depende del voltaje, mientras ms grande aumenta el largo de la cadena, para

cumplir con la distancia mnima, y se requiere una altura mayor en las torres.

En el sistema de transmisin de Venezuela, se han normalizado el nmero de

aisladores, segn el nivel de voltaje de operacin de la lnea resultando:

Numero de Elementos Aislantes

empleados Tpicamente por nivel

de Voltaje

Los valores mostrados en la

tabla anterior, son solo muestras

representativas tpicas, debido a que

cada lnea posee su diseo particular,

en especial en ambientes altamente

contaminantes y por encima de los

1000 metros sobre el nivel del mar.


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Fig. 3 Diferentes tipos de Cuernos de arqueo

Los anillos de proteccin (Grading rings)

Sirven de pantalla reguladora del gradiente de potencial mostrados en la

figura 4, resultan ms eficaces que los cuerno de arqueo. Los ensayos con tensin

de choque o impulso demuestran que si el dimetro de los anillos guarda la debida

proporcin con la longitud de la cadena, puede evitarse la descarga en cascada

sobre los aisladores, incluso con ondas de frente muy recto o escarpado.L

aeficacia de estos anillos consiste en que tienden a igualar el gradiente a lo largo

del aislador y a producir un campo ms uniforme. Con ello la proteccin

conseguida no se limita simplemente a ofrecer una distancia explosiva ms corta

para el arco, como en el caso de las antenas o cuernos. Los anillos eficaces son

de dimetro ms bien ancho, y, tratndose de cadenas de suspensin, debe

comprobarse que la distancia a las torres o estructuras sea por lo menos igual que

al distancia entre anillos.


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desplazamiento del mismo, otra pieza acanalada completa la fijacin, apretando el

conductor mediante una abrazadera en forma de "U". En las cadenas de

suspensin, las mordazas de este tipo estn formadas por un elemento tipo

bandeja donde se sostiene por debajo al conductor, y por un segundo elemento

que se coloca encima del conductor, apretndolo por medio de tornillos y tuercas o

por medio de elementos en forma de U (brinda), de abajo hacia arriba o de arriba

hacia abajo. La empresa venezolana CADAFE emplea las mordazas con brindas

de abajo hacia arriba, con el fin de reducir el efecto corona cerca del conductor.

Existen bsicamente dos tipos de mordaza de suspensin, las que se fijan

directamente a la cadena de aisladores por medio de dos brazos y las que se fijanal resto de la cadena por medio de grillete, sobre cuyo pasador pivota la mordaza.

La empresa Venezolana CADAFE, emplea fundamentalmente el primer tipo. En

funcin del tipo de conductor que se usa en el pas las mordazas son construidas

por aleaciones de aluminio fundido.

Aunque en condiciones normales las mordazas de suspensin soportan

esfuerzos menores a las mordazas de amarre las mordazas de suspen

57085598 fundamentos de lineas de transmision

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