DIMENSIONAMIENTO DEL SOPORTE DE SUSPENSION

DIMENSIONAMIENTO DEL SOPORTE DE SUSPENSION

Dimensionamiento del cabezal

1. Altura libre (h₁₎)

Se parte de una cierta altura libre del conductor respecto al nivel del terreno.

Orientativamente se indican en la tabla VI dichas alturas.

TABLA VI

ZONA	ALTURA LIBRE (m)
Rural £ 33 kV Rural > 33 kV Suburbana y cruce de ruta Urbana Cruce FF CC Trocha angosta Cruce FFCC Trocha ancha	6,50 7,00 7,50 9,00 11,00 11,75

2. Flecha (f_max)

Se emplea el valor de la flecha máxima del conductor determinada en el calculo mecánico del mismo. Con estas dimensiones se comienza el disenio como muestra la figura 24.

3. Longitud de la cadena de aisladores (1c)

Se debe determinar la cantidad de aisladores, la cual es función de la tensión y de la contaminación. En forma preliminar puede observarse la Tabla VII.

La determinación mas correcta de la cantidad de aisladores requeridos para una línea contempla:

la longitud de línea de fuga requerida por condiciones de contaminación ambiental en su superficie.
la cantidad de aisladores correspondientes a la línea para determinada coordinación de la aislación.

TABLA VII

TENSION NOMINAL (kV)	NUMEROS DE AISLADORES
13,2 33 66 132 220 500 750	1 3 5-6 8-11 14-16 24-26 30-35

Para el primer caso se define, por ejemplo:

ZONA	LONGITUD LINEA DE FUGA (cm / kV)
Forestal Industrial y cerca del mar Muy cerca del mar Fabricas de productos químicos. Centrales térmicas.	1,2 - 2,0 2,2 - 2,5 2,6 - 3,2 3,2 3,2

Ejemplos.

1) Aislador normal FAPA ALS 254,1 = longitud de línea de fuga: 28 cm, tensión máxima de servicio: 145 kV, zona: forestal y agrícola.

Se colocaron 8 o 9 aisladores

2) Aislador "antiniebla" FAPA ALSF 254, longitud de linera de fuga: 37,5 cm, tensión máxima de servicio 36,6 kV, zona de fabrica de productos químicos.

Se colocaron 3 aisladores

Fijada la cantidad de aisladores se multiplica por su altura, dato del fabricante y se le adiciona la correspondiente a la morsetería, la cual también es dato del proveedor.

4. Distancia entre mensulas

a. Distancia entre conductores (d).

Existe una cierta distancia d a respetar entre los conductores activos de la línea, en el medio del vano, que es función de la tensión y flecha.

La misma se calcula mediante expresiones de forma:

siendo : tensión nominal, kV

: longitud de la cadena de aisladores

: flecha máxima

: es un factor que depende de la disposición de los conductores y del ángulo de meneo de estos con el viento (ver tabla II).

Disposición

Se puede elegir tres alternativas de disposición:

Conductores dispuestos arbitrariamente
Conductores al mismo nivel
Conductores dispuestos dentro de un triángulo equilátero, estando los dos superiores o inferiores al mismo nivel.

Angulo de meneo

El ángulo de meneo del conductor en la mitad del vano (figura 25), se determina del siguiente modo:

siendo : fuerza del viento sobre el conductor Kg/m.

: peso del conductor Kg/m.

Tabla II - Angulo de meneo y factor K (extractado de la VDE 0210/5.69)

Angulo de meneo de los conductores con viento	Grado sexageci-mal	Superior a 65	Superior 55 a 65	Superior 40 a 55	40 e Infer.
Conductores superpuestos arbitrariamente	Factor K	0,95 (0,85)	0,85 (0,75)	0,75 (0.70)	0,70
Conductores dispuestos a nivel idéntico		0,70 (0,65)	0,65 (0,62)	0,62 (0,60)	0,60
Conductores dispuestos en triángulo equilátero, dos de ellos al mismo nivel		0,75 (0,70)	0,70 (0,65)	0,65 (0,62)	0,62

Los números entre paréntesis se emplean para tensiones menores de 30 kV.

b. Distancia mínima a tierra (d₁).

Se debe verificar que la distancia del conductor que se encuentra mas próxima a la ménsula en reposo a tierra sea igual o mayor que:

siendo Un : tensión nominal en kV

la separación entre ménsulas (ver figura 26) será:

A = d

(si d >= lc +d₁+ e)

A = lc + d₁ + e

(si lc + d₁ + e > d)

siendo en ambos casos

e: espesor de la ménsula (0,10 m)

Se determina la longitud de la ménsula para tener ubicados los conductores activos al centro del poste.

c. Longitud de la ménsula (lm)

Todas las ménsulas son iguales, con el fin de emplear un mismo modelo por ello se debe dimensionar la ménsula mas próxima al nivel de suelo, dado que es la situación más desfavorable, ver figura 27.

Se debe verificar que la distancia del conductor, con máxima inclinación debida al viento, y el poste sea igual o mayor que:

siendo : tensión nominal en kV.

Nota: dicha distancia también debe verificarse respecto a la mensula.

Por lo tanto

donde: : longitud de la cadena de aisladores

: distancia mínima respecto a masa

diam. pm: diámetro del poste a la altura del conductor

: ángulo de inclinación del conductor con cadena de aisladores

calculo del ángulo de inclinación del conductor con cadena (Æ ),ver figura 28.

Se tiene un conductor con su peso, el de los aisladores, la fuerza del viento aplicada en el centro de gravedad de los aisladores y sobre el conductor. Tomando momentos respecto al punto B se tiene:

Mas modernamente al ángulo f de la cadena se calcula como f = 0,8 a

donde: a ángulo de meneo del conductor en el centro del vano.

Lógicamente se debe verificar la distancia d entre los conductores, de ser esta mayor se debe alargar la ménsula hasta satisfacer dicha ecuación.

La metodología de calculo de la distancia a masa (d1 y dz) responden al criterio de DEBA en cambio según A y EE las mismas se determinan mediante el siguiente grafico.

d. Criterios de ubicación del cable de guardia

En forma estricta no se puede asegurar que un conductor no puede ser "golpeado" en forma directa por un rayo, a menos que este totalmente blindado. Casi todas las hipótesis de cálculo aseguran que la mayoría de los rayos caen sobre el cable de guardia, cuya función es:

Interceptar los rayos que caen sobre la línea para ofrecer blindaje a los conductores.
Distribuir la corriente del rayo en 2 o mas caminos que la derivaran a tierra, para ello el cable de guardia se conecta a tierra en cada soporte.

El principio fundamental en que se basan los estudios sobre descargas de rayos es: "la descarga atmosférica, cuando su ultimo escalón se encuentra a una altura H sobre el terreno, elige para caer el punto conectado a tierra mas cercano.

El extremo del arco piloto esta a una cierta altura H, si a una altura h se tiene un cable de guardia de una línea o un pararrayos de punta, entonces a esa altura se encuentra el punto conectado a tierra mas cercano, la descarga se dirige a el o a tierra. El problema es encontrar la relación H/h y es donde residen los distintos criterios de ubicación del cable de guardia (ver ver figura 29). Si el canal tienen su ultimo escalón ubicado en "0" esta en posición indiferente, si esta en "0'"cae sobre el cable de guardia y su extremo esta en "0'" cae al suelo.

Charles expreso: si a = 45° se tiene la seguridad de que el rayo no caera en los que se encuentra dentro de un cono con dicho ángulo (figura 30). Este criterio es poco severo y permite bajar la altura del poste.

Wagner y Mac Cann: dieron a este ángulo el valor de 30°, de ese modo sube mas el cable de guardia. Obsérvese que por lo tanto el poste es de mayor altura que en el caso anterior, ver figura 30.

Schwaiger: el criterio es de tomar la relación H/h = 1, siendo H el punto donde se encuentra la punta del rayo, y h la altura del poste (figura 31). este criterio severo, ya que hay que colocar muy arriba el cable de guardia, razón por la cual resulta antieconómico.

Langrehr: este criterio es mas "tolerante" que el de Schwaiger, ya que hace H= 2h (figura 32). Si el rayo estuviera en 0 caería sobre el cable de guardia y si estuviera en 0' caería a tierra.

Modelos electrogeométricos: es un método que extrapola resultados de ensayos de laboratorios con métodos teóricos y da una expresión matemática para ubicar el cable de guardia.

En el cálculo con modelos electrogeometricos se comienza determinando la "distancia de salto Re", con la expresión.

o bien

donde

En la cual NBA es el nivel básico de aislación y Zc es la impedancia característica de los conductores. Debe dividirse por dos, pues al caer el rayo sobre los conductores genera dos ondas migratorias, una en cada sentido.

En ausencia del cable guardia, el rayo caerá sobre el conductor de potencia o al suelo, según cual se encuentre mas cerca en el momento previo al ultimo escalón de su caída. Como el suelo se supone plano, el lugar geométrico es una parábola, ver figura 34.

Luego, con centro en el conductor y radio "d" se traza un arco que corta a la parábola en el punto1.

Con centro en el punto 1 y radio "d" se traza un nuevo arco de circunferencia, que define el lugar geométrico de ubicación optima del cable de guardia.

e. Criterios empleados

La empresa A y EE toma

Simple ternas: 30°

doble ternas, conductores exteriores 20°, conductores interiores: se consideran protegidos si a< 4h, ver figura 33.

5. Altura total de los postes

Se calculo hasta ahora la altura del poste sobre el suelo, en postes de hormigón se acostumbre a "enterrar" 1/10 de la altura total, es decir:

en donde

siendo ht: altura total

hsuelo: altura del poste sobre el suelo

Finalmente se debe adoptar la altura de poste normalizada mas próxima (ver tabla VIII).

6. Comentarios

Hasta aquí se ha desarrollado el dimensionamiento, para un poste de suspensión, en el caso de postes de retención o terminal, el procedimiento es similar excepto en:

al no haber cadena de suspensión se considera 1c - 0, por lo tanto se modifica la altura correspondiente as la primer ménsula y la distancia d entre conductores.
la distancia dz se verifica entre el soporte y el conductor correspondiente al "cuello muerto" (continuidad de la línea), cuyo ángulo de meneo es igual a a = Fvc/Pc.

Las figura 35 y figura 36 muestran ejemplos de diseño según la metodología DEBA.

La figura 37, según la metodología de A y EE.