República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

I.U.P. “Santiago Mariño”

Extensión COL – Sede Ciudad Ojeda

Criterios de localización

Estudiante:

Jose Herrera

CI. 20.857.133

Cod. 43

INTRODUCCIÓN

Las líneas de transmisión son estructuras de guiado de energía cuyas dimensiones, salvo una, son pequeñas frente a la longitud de onda de los campos electromagnéticos. Confinan la energía electromagnética a una región del espacio limitada por el medio físico que constituye la propia línea, a diferencia de las ondas que se propagan en el aire, sin otra barrera que los obstáculos que encuentran en su camino. La línea está formada por conductores eléctricos con una disposición geométrica determinada que condiciona las características de las ondas electromagnéticas en ella.

También se consideran a las líneas de transmisión como un conjunto de dispositivos para transportar o guiar la energía eléctrica desde una fuente de generación a los centros de consumo (las cargas). Y estos son utilizados normalmente cuando no es costeable producir la energía eléctrica en los centros de consumo o cuando afecta el medio ambiente (visual, acústico o físico), buscando siempre maximizar la eficiencia, haciendo las perdidas por calor o por radiaciones las más pequeñas posibles.

A continuación, se presentan las definiciones para realizar determinar la localización de las líneas de transmisión.

ESQUEMA

1. Parámetros de tensado2. Ecuaciones de la catenaria y parábola3. Longitud, flecha y foco4. Variaciones de tensión en un mismo vano5. Esfuerzos en los conductores

DESARROLLO

Parámetros de tensado.

Los métodos usados para el tendido de los cables son muy diversos. Cada empresa que se dedica a la construcción de líneas eléctricas introduce sus propias variantes de los sistemas básicos, de acuerdo a sus necesidades y a los equipos con que cuentan.

Pese a la variedad de la maquinaria de tendido utilizadas en el mundo, en términos generales es posible identificar una serie de procedimientos que son comunes a la mayoría de los métodos utilizados. Hace muchos años se utilizaba el sistema de "jalado en flojo" donde el conductor era arrastrado cerca del suelo por medio de un vehículo de jalado, o los carretes eran llevados a lo largo de la línea en terreno plano, depositándose el cable en el terreno. En este sistema era necesario detener la operación de jalado del conductor cada vez que se pasaba una estructura de soporte y para colocar el cable en las poleas. Sin embargo, actualmente este método no tiene buena aplicación, tanto por la contaminación y riesgo de daño que puede sufrir el conductor, como por las dificultades obvias que se presentan en terrenos quebrados con difícil acceso y en las zonas urbanas donde, debido al cruce de circuitos energizados, existe alto riesgo de contacto eléctrico.

El sistema más usado actualmente es el de sustitución o "Método de tensión" donde el conductor se jala siempre bajo tensión, de tal forma que se mantiene un claro con el suelo y los obstáculos que podrían dañar los cables. Además, se garantizan distancias adecuadas para evitar el contacto con líneas energizadas.

En este método se utiliza un cable pre-piloto, que normalmente es de un tipo de cuerda ligera y resistente, antigiratoria, con el cual se jala el cable guía de acero que es más pesado. Este a su vez es utilizado para tirar del conductor a través de las poleas por medio de un cabrestante rápido y una tensadora de cable. En algunos casos donde los conductores no son de gran calibre y los tramos de tendido son de una longitud normal, es posible jalar directamente el conductor por medio de un cable liviano de alta resistencia a la elongación, que puede ser sintético como es el caso del llamado "UNILINE". El sistema de tensión es generalmente el más económico y eficiente, aunque requiere una buena cantidad de equipo. Esto incluye: portacarretes, frenadoras de cable, tensadoras, rebobinadoras, empalmadoras de cable, camiones grúas, herramientas y accesorios, y una buena provisión de radios para garantizar una comunicación de primera a lo largo de la sección de tendido.

Los métodos para el tendido del hilo guarda son similares, pero las cargas y las tensiones son menores. Estos cables normalmente se jalan con líneas pilotos livianas y son los primeros en ser colocados. Debido a que el cable guarda es encuentra ubicado a mayor altura, se recomienda tenderlo primero para que no interfiera con el montaje de los demás cables. Eventualmente también puede ser utilizado como soporte de bicicletas aéreas para realizar algunas labores aéreas, en los casos en que sea necesario

Antes de iniciar las operaciones de tendido es muy importante inspeccionar las poleas para verificar su estado y descartar aquellas que presenten ejes defectuosos, daños en el forro o dificultad para girar, porque pueden dañar el conductor y crear problemas durante las operaciones de tendido y tensado. Debe tenerse especial cuidado con las estructuras de suspensión. Los procedimientos de tendido deben garantizar que se minimizarán las cargas longitudinales o de torsión sobre este tipo de estructuras.

En todos los puntos donde se presenten cambios bruscos de dirección, con desviaciones verticales y horizontales de la línea (desvíos o topografía muy quebrada con diferencias de elevación mayores a un 15% de la longitud del vano), grandes vanos o vanos adyacentes de grandes diferencias en sus características, deben ubicarse torres de remate. De lo contrario, debe tenerse un gran cuidado y revisarse cada caso con los diseñadores ya que en estos vanos normalmente se presentan desbalances y cargas muy grandes sobre las estructuras.

Los cables conductores se usan para comunicación y fibra óptica. Por esta razón, no deben ensuciarse ni rayarse ya que esto puede generar ruidos de radio y daños en las fibras. En este caso es importante utilizar "camalanes" y herramientas adecuadas que no vayan a dañar el cable.

En general, el tiempo completo para la operación desde el tendido hasta el grapado y acabado de una sección dada de línea, no debe exceder de 5 días (120 horas), pero preferiblemente lo ideal es que se haga en un plazo máximo de 72 horas. Es importante recalcar que bajo condiciones críticas de viento, lluvia o tormenta eléctrica no debe tenderse cable.

La experiencia ha demostrado que una velocidad de jalado adecuada, es importante para alcanzar una operación de tendido suave y pareja, Velocidades promedio de aproximadamente 3 km/hora garantizan un paso suave de los conectores en las poleas, mientras que velocidades menores pueden causar un bamboleo significativo del conjunto de suspensión (cadenas de aisladores). Por otra parte, velocidades altas ocasionan un riesgo potencial de daños grandes en caso de mal funcionamiento de las poleas o los equipos. Por tanto, no debería jalarse conductor a una velocidad mayor de 5 Km por hora durante la operación de tendido.

Cabe destacar que normalmente las operaciones de movimiento y acondicionamiento de máquinas consumen más tiempo que el jalado del conductor, por lo que se le debe prestar mayor atención al ahorro o racionalización de las maniobras de transporte y de preparación, que al tiempo de jalado, en el cual los minutos a ganar son pocos y los riesgos a correr muchos.

Ecuaciones de la catenaria y parábola.

Catenaria

La catenaria es la curva cuya forma es la que adopta una cuerda de densidad uniforme sujeta por sus dos extremos y sometida únicamente a la fuerza de la gravedad. En sentido estricto, no es una curva, sino una familia de curvas, cada una de las cuales está determinada por las coordenadas de sus extremos (x0, y0), (x1, y1) y por su longitud L.

El modelo de cable por excelencia, ya que aparece en una infinidad de casos en la naturaleza. Por ejemplo, los tendidos eléctricos, una cadena, o una tela de araña son ejemplos de catenaria. En este caso, el cable solo está sujeto a su propio peso. El concepto parece sencillo, sin embargo, es el que contiene una mayor carga matemática.

Para determinar completamente la catenaria es necesario conocer su longitud. Para este fin se pueden considerar las tensiones verticales y horizontales siguiendo el siguiente esquema:

Por último, hay que saber determinar la altura en cualquier punto del cable, lo que además es necesario para calcular la tensión vectorial en cada punto. Esta es proporcional a su altura (T = cy).

Parábola

Es un caso particular del anterior, en el que la densidad de carga es constante. Podemos ver muchos ejemplos de este tipo de cables en la vida real (puentes y otras estructuras). Su configuración es la siguiente:

Ahora, teniendo en cuenta que la distribución w es constante, podemos particularizar las ecuaciones que rigen el comportamiento de este cable a partir del caso 2, obteniendo así la altura es función del cuadrado de x, es decir, sigue una curva tipo parábola, y de ahí su nombre.

Longitud, flecha y foco.

Antes de empezar las labores de tendido es fundamental construir un perfil de la línea a escala, normalmente 1:12 500 horizontal y 1:1 250 vertical. Con

ello se tendrá una idea clara y completa del terreno y de su relación con el cable, los problemas de distancias mínimas al suelo, los cruces de caminos y líneas eléctricas y telefónicas, los puntos de posible levantamiento (up-lift) que requieran el uso de poleas invertidas y las características topográficas de las diferentes secciones de la línea.

Esta información, junto con el conocimiento de los accesos de la línea que faciliten el transporte de los carretes de cable y de la maquinaria, permitirá seleccionar adecuadamente los diferentes tramos de tendido. Otro aspecto importante es tomar en cuenta la capacidad de la tensadora y de la frenadora para no sobrepasar límites peligrosos. Es recomendable que las longitudes de los carretes de conductor sean seleccionados, tomando en cuenta todos los aspectos anteriormente descritos, lo que implicaría una disminución en los desperdicios de cable durante la construcción. Para ello, lo deseable sería que el programa de tendido fuera hecho antes que se compre el conductor, para especificar las longitudes de los carretes en forma óptima.

Las longitudes de las secciones de tendido pueden ser variables, según el caso. Si existieran limitaciones en el número de poleas disponibles, lo recomendable sería usar secciones de 10 a 12 torres, lo que equivale en situaciones normales a tramos de tendido de unos 3 a 4 km de longitud.

En cualquiera de los casos es recomendable no usar secciones de tendido superior a los 6 km, ya que el proceso se dificulta y aumentan los riesgos de accidentes.

Para poder diseñar un programa de tendido y ubicar con precisión los sitios de anclaje del conductor, es necesario calcular con cierta holgura la cantidad de cable en cada tramo de tendido, según la tensión de jalado a utilizar.

La forma más precisa de realizar esta estimación consiste en utilizar un sencillo programa que calcule y acumule las longitudes requeridas de cable en los vanos, por medio de las fórmulas de la catenaria. Una manera más

simple de realizar este cálculo consiste en sumar todos los vanos del tramo de tendido y aumentar este valor en un porcentaje adecuado.

Este porcentaje oscila entre un 1% y un 2%, dependiendo de la topografía de la línea y de la tensión de tendido usada. Sin embargo, con las facilidades actuales para realizar cálculos, lo recomendable es usar la primera forma. Calculando la longitud del conductor y conociendo la longitud de cable en los carretes, se pueden determinar los sitios de unión del conductor y la holgura del cable en los anclajes (colas).

Se recomienda que las colas libres que sobrepasan el sitio del anclaje, tengan una longitud mínima entre 40 y 60 metros, ya que las longitudes del cable en los carretes pueden variar un poco. Es importante recalcar que las colas deben estar colocadas sobre cruces de madera, separadas del suelo para evitar que se ensucien o se dañen. Esto también es una previsión en el caso de que aparezca un carrete con una longitud menor a la indicada ya que ocasionalmente se pueden presentar discrepancias del orden de un ±2% a un ±5% en la longitud real del cable en los carretes.

Variaciones de tensión en un mismo vano.

La tensión máxima durante el tendido de los cables no debe exceder en mucho la necesaria para salvar los obstáculos en la tierra y los cruces de caminos y líneas de servicio. En general la tensión de tendido oscila aproximadamente de un 50% hasta un máximo de un 80% de la tensión de flechado. Si se usan tensiones muy bajas, el proceso de flechado y tensado final se hace más lento debido a la gran cantidad de cable que debe recogerse para llegar a la tensión de flechado de los conductores.

En tendidos de tramos de gran longitud, debe considerarse que la tensión en la tensadora puede exceder significativamente a la tensión del cable en la frenadora. Esto se debe a la oposición que presentan al jalado un número

elevado de poleas y a la diferencia en elevación entre los soportes de las estructuras. Debe también mantenerse una tensión apropiada entre la frenadora y los carretes para evitar el sobregiro de estos.

Se debe aflojar el freno del portacarretes periódicamente ya que conforme se reduce el brazo de palanca, la tensión aumenta y causa que el conductor trate de penetrar en el carrete, presionando las capas inferiores. Ambos, carretes y frenadora, deben rotar en la misma dirección y posición.

Esfuerzos en los conductores.

Las variables o parámetros que influyen directamente sobre los esfuerzos producidos en los conductores se pueden clasificar en al menos los siguientes:

- Peso Propio

- Presión de viento

- Hielo

El peso propio se refiere al peso en kilogramos por metro lineal de cada conductor “p” que está dado en los catálogos, la presión de viento y el hielo es determinado por el proyectista considerando el reglamento vigente y otra información meteorológica que se tenga de la zona del trazado de la línea.

Reglamentariamente, la tensión mecánica máxima que se debe presentar en un conductor no debe sobrepasar el 50% de la tensión de rotura del mismo (Ultimate Tension Strength, abreviado como UTS). Pero cuanto se trata de líneas con importantes cargas de hielo y viento, las recomendaciones internacionales indican que dicho límite puede llegar hasta el 75% de UTS (ver [Ref. 19 y 20]).

Asimismo, la seguridad mecánica a las vibraciones requiere que en las condiciones más frecuentes la tensión del conductor (Every Day Stress, abreviado como EDS) no sobrepase un determinado porcentaje de UTS. Este porcentaje fue recomendado inicialmente por el comité del grupo N°23 de la CIGRE (Conference Internationale de Grands Reseaux Electriques) en 1967.

El viento se supone actuando transversalmente sobre los conductores, es decir, perpendicular y horizontalmente sobre la línea. En lo posible, el proyectista deberá obtener de las oficinas meteorológicas 100 los mejores datos en cuanto a frecuencia, dirección y velocidad de los vientos. En efecto, la presión del viento está asociada directamente con la velocidad del mismo y para el caso de conductores se puede expresar como:

El esfuerzo del viento sobre el conductor se puede obtener mediante la siguiente expresión:

La tensión normal del conductor se determina adoptando el valor más bajo que resulte entre la condición EDS y el valor calculado a partir de la condición máxima (50% UTS). Para ello debemos utilizar la ecuación de cambio de estado, que establece una relación entre la dilatación térmica y la elongación por esfuerzos mecánicos a que puede estar sometido el conductor, a saber:

Esta ecuación se resuelve para σ2 (o bien T2) utilizando el método de Newton-Raphson. Entonces, si suponemos que la condición de partida es la condición EDS (conductor sin carga) y queremos verificar que la tensión para la peor condición de carga (viento, hielo o una combinación de ellas) debemos entrar en la ecuación de cambio de estado con el peso P1 igual al peso del conductor desnudo y la tensión correspondiente según la Tabla 2.6.1. Luego de resuelta la ecuación que entrega la fatiga σ2 o bien la tensión T2 , se compara con la tensión máxima (50% UTS). Si esta tensión T2

resulta mayor que el 50% UTS, debemos partir al revés en la ecuación de cambio de estado y resolver para T1 partiendo del 50% UTS.

CONCLUSIONES

La finalidad es exponer los criterios y pautas generales para llevar a cabo un proyecto de línea de transmisión de alta tensión y la determinación de los parámetros para el diseño de la misma. Las etapas aquí planteadas, relacionadas con los aspectos de diseño y de proyecto de una línea de transmisión, permitirán esclarecer y guiar las labores que deba realizar el

ingeniero que incursione en un proyecto de línea de transmisión de alta tensión. La herramienta para lograr lo anterior es la normalización de los procedimientos técnicos, tarea imprescindible que debe verse como una responsabilidad de cada área y no como una labor a realizar cuando quede algún tiempo disponible. El presente trabajo va precisamente en esa dirección.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Proyecto de una línea eléctrica de transmisión aérea de 8kM, Francisco Hijano Ramos

Diseño de líneas de transmisión, CFE (2014) Estudio de selección de rutas, Leonardo Cardona

Metodología de construcción de líneas de transmisión eléctrica, Jorge Quezada (2005)

Fundamentos para líneas de transmisión, Carlos Chávez y Mayra Pereira

PROCEDIMIENTOS TÉCNICOS PARA EL TENDIDO Y TENSADO DE CONDUCTORES PARA LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, Instituto Costarricense de Electricidad