UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

FACULTAD DE INGENIERIA

TRANSMISION DE LA ENERGIA

CALCULO MECANICO DE LINEAS AEREAS

ING. HECTOR LEOPOLDO SOIBELZON

Presentación

Este apunte, completo, fue ofrecido por gentilmente por el colega y viejo amigo ing. Héctor L. Soibelzon ya en versión electrónica. El apunte del ing. Soibelzon, tiene larga historia, hasta la versión actual preparada para la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires.

Esta ultima versión es la que ponemos accesible en la web, digitalizadas las figuras a partir de un viejo apunte, trataremos de mejorarlas en el futuro.

Se agrega para completar el tema líneas aéreas en la pagina web pues el tema de "DISEÑO DE LINEAS ELECTRICAS", tiene otro apunte inconcluso, incluido en la pagina, accesible desde www.ing.unlp.edu.ar/sispot/, que es anterior al presente.

A la opción de recortar y pegar un apunte para completar el otro, preferimos presentar también este completo. Es el lector frente dos opciones que satisfacen su búsqueda, que deberá extraer lo que más le interese y sirva.

Solo falta agradecer especialmente al ing. Soibelzon, que con generosidad entrego estos textos para que sean puestos a disposición de los inquietos estudiantes interesados en estos temas.

Alfredo Rifaldi

INTRODUCCION

Estos apuntes (que solo pretenden ser una guía), y utilizo en el Curso de Transmisión de la Energía de la Universidad de Buenos Aires, son una versión corregida de los editados en las Facultades Regional La Plata, (corregido por la ex alumna Gabriela Marisa Baccarini) y Regional Avellaneda, (pulidos por el Ingeniero Omar José Grosso), ambas de la UTN , cuando yo me desempeñaba como Profesor Titular Ordinario, varios años atrás y que, a su vez, reconocen como primera versión a mis apuntes editados en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar del Plata, en oportunidad que gané mi primer Concurso como Profesor Ordinario, en 1971, y publicaciones en la Revista Electrotécnica.

Otra bibliografía está citada a lo largo del texto.

Ing. Héctor Leopoldo Soibelzon.. Junio de 2001

ADVERTENCIA

Desde 1971 fueron tomando forma estos apuntes, correspondiendo a las versiones entonces vigentes de la Norma VDE 0210/5.69 y la Reglamentación para Líneas Aéreas Exteriores de la Asociación Electrotécnica Argentina (1973).

Desde entonces se han producido importantes actualizaciones de las normas, y en particular la Asociación Electrotécnica Argentina, durante 2003, publico la nueva versión de la Reglamentación para Líneas Aéreas Exteriores de Media Tensión y Alta Tensión

Esta difiere sensiblemente de la edición de 1973, y está significativamente basada en las Normas IEC mas recientes.

El apunte conserva indudablemente su valor didáctico, pero para los trabajos prácticos es recomendable utilizar la nueva versión de la Reglamentación, recuérdese que en los proyectos en Argentina es obligatorio ajustarse a esta.

Ing. Héctor Leopoldo Soibelzon.. Julio de 2005

GENERALIDADES SOBRE LINEAS AEREAS

I. Introducción

Las líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica pueden ser de dos tipos distintos:

Para decidir si una transmisión de energía se efectuará en forma aérea o subterránea, se consideran los siguientes factores.

II. Materiales para líneas

A. Conductores desnudos

Los conductores para líneas aéreas de transmisión de energía, usualmente son de aluminio con alma de acero. Para distribución, generalmente se emplea aleación de aluminio (Ver figura. 1).

A veces se emplean conductores de aleación de aluminio con alma de acero.

El cobre desde hace varios años se emplea cada vez menos.

B. Cables aislados

El conductor, usualmente es de cobre: en los últimos tiempos se va imponiendo el aluminio.

Sobre el conductor se dispone de vainas de PVC (antiguamente de papel impregnado de aceite) capas de blindaje, eventual protección mecánica (cable "armado").

Hay muchas variedades de PVC, constantemente aparecen mejoras.

También hay cables cuyo interior es recorridos aceite fluido (OF).

Es probable que en los próximos años se comience a transmitir energía mediante cables superconductores (criogénicos).

También podría generalizarse (para tramos cortos) el uso de conductores blindados en SF6 u otros gases.

C. Cables de guardia

Los cables de guardia, cuya misión es interceptar los rayos que caen sobre la línea, blindando a los conductores generalmente son de acero. A veces se emplea aluminio con alma de acero o Alumoweld (figura. 1).

D. Aisladores.

Los conductores se vinculan a los soportes mediante aisladores.

A través de los aisladores es muy pequeña la corriente que puede drenarse (el dieléctrico no es perfecto) y sobre su superficie sólo circula corriente en condiciones de contaminación.

En cambio si circula corriente por los aisladores en las condiciones siguientes:

En la figura. 2 se muestra un aislador de montaje rígido (perno fijo) que se monta sobre un perno roscado fijo a la cruceta (ver figura. 3).

La figura 4 muestra un aislador de suspensión a rótula.

Con estos aisladores se forman cadenas. Cada uno se suele llamar "Elemento de cadena".

A mayor cantidad de elementos, mayor es la tensión resistida, de modo que las más altas tensiones son resistidas incrementando el número de aisladores que forman la cadena.

Estos aisladores pueden ser de porcelana con un vitrificado superficial o de vidrio templado.

Los aisladores "anticontaminación" (antipolución) son similares a los de la figura 4, solo que poseen mayor longitud de línea de fuga y mejores cualidades autolimpiantes.

La figura 5a muestra un aislador de "barra larga".

estos aisladores fueron desarrollados originalmente en Europa, durante la guerra, para ahorrar el metal con que se contribuyen las caperuzas y badajos de los elementos de la cadena.

Con el advenimiento de las líneas de extra alta tensión se comprobó que poseen buenas cualidades de repartición de tensión.

La figura 5b muestra los modernos aisladores de lama de fibra de vidrio con resina epoxi y campana de goma siliconada.

Tienen aplicación importante en redes de más de 400 kV pero también se utilizan en media tensión.

La resistencia mecánica la da el núcleo, de fibra de vidrio reforzada con resina epoxi mientras las cualidades aislantes las dan las campanas construidas de goma siliconada.

Las ventajas más importantes son:

La relación peso/ resistencia mecánica es muy baja (son extremadamente livianos).

El número de elementos de la cadena es mínimo

También sirve para aumentar la tensión nominal de una línea saturada con igual diseño del soporte.

Las campanas son de: goma dimetil-siliconada, que resisten altas temperaturas (hasta 180C), tienen alta resistencia a las radiaciones ultravioletas y ozono, resiste bien tiros y hondazo, y posee buenas cualidades de autolimpieza.

En los últimos años en EE.UU. se han popularizados aisladores rígidos del tipo "de soportes" o " pedestal", similares a los de barra larga, pero sirven para apoyo rígido y sustituyen las ménsulas (ver figura 5c).

Desde 1980 también se emplean en Argentina estos aisladores.

E. Soportes

Los soportes pueden ser:

Han comenzado a emplearse postes de aluminio y dentro de pocos años serán usuales postes de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio.

F. Disposiciones típicas.

Las figuras 7, 8 y 9 muestran soportes para líneas con aisladores de montaje rígido, son cable de guardia.

La figuras 7 se llama disposición "triangular con tres ménsulas", la figuras 8 "coplanar horizontal" y la figura 9 "triangular con cruceta".

En las figuras 10 a 22 se muestran soportes estructurados con aisladores de suspensión.

La figuras 10 ilustra la disposición triangular con tres ménsulas y cable de guardia con ángulo de protección de 30, con la ménsula adicional colocada se logró disminuir la altura total del soporte (ver figuras 11).

En la figuras 12 se muestra la disposición con ménsula y cruceta. La figuras 13 ilustra la disposición bandera usual en las ciudades, donde las tres ménsulas se ubican del lado de la calle, alejando así los conductores de la línea de edificación.

La figuras 14 muestra una disposición que permite duplicar la tensión de una línea que anteriormente era de 33 kV, con aisladores de montaje rígido.

Los soportes vistos hasta ahora son los llamados "de suspensión", que soportan el peso propio de los conductores más las sobrecargas por viento y /o hielo; existen además los "terminales" que soportan la tracción unilateral total de un lado y una tracción reducida del otro lado (entrada a la Subestación). Los mismos se emplean en los extremos de una línea.

Los de "retención angular" que soportan, además de peso propio y sobrecargas externas, los tiros longitudinales a los anteriores pero de emplean para ángulos pequeños y se calculan con hipótesis menos severas. Los de "retención recta" o "retención en alineación" se emplean como puntos fijos. Separan mecánicamente los cantones.

En la figura 15 se muestra un soporte de retención recta estructurado con postes de hormigón y base romboidal.

Las figura 16 a 19 ilustran torres de acero. La figura 16 muestra una torre "tipo mástil" y la figura 17 una tipo "delta" o "gato".

Todos los soportes vistos hasta ahora muestran estructuras autoportantes, es decir torres que se soportan a si mismas y a los conductores, con sus correspondientes sobrecargas.

La figura 18 muestra torre "tipo V" que no es autoportante dado que es mantenida en posición vertical con la ayuda de "riendas" o "tensores". Este tipo de torre se ha empleado en varias líneas de 500 kV en Argentina.

En la figura 19 se muestra una torre tipo "mástil" para doble terna.

Las figuras 20, 21 y 22 muestran las disposiciones portal, Danubio y tonel respectivamente.

Las figuras 24, 25 muestran líneas estructuradas con aisladores rígidos y aisladores rígidos y cadenas combinadas, respectivamente.

G. Fundaciones

Las fundaciones se realizan de hormigón, simple o armado para los aportes de hormigón. Para el caso de torres de acero pueden ser de hormigón armado o un emparrillado metálico. Los postes de madera, en general, no llevan fundación.

En suelos con bajas características de resistencia se emplean pilotes.

H. Morsetería o "grapería"

Es el conjunto de herrajes que vinculan el cable con los aisladores y los aisladores con el soporte. ver por ejemplo la figura 23 que muestra la morsetería para suspensión simple con cadena simple y anillos.