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Conductores - 1 - Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía

U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica

Conductores.

1. Generalidades.

Los conductores de líneas aéreas deben tener una pequeña resistencia eléctrica y buena resistencia mecánica para poder resistir con el coeficiente de seguridad requerido, los esfuerzos a que está sometido.

2. Metales utilizados como conductores.

a) El cobre es de todos los conductores usuales el que tiene mayor conductibilidad eléctrica, sin embargo el cobre puro no puede ser empleado a causa de su pequeña carga de rotura y su bajo límite elástico que no sería suficiente para soportar los esfuerzos a que se encuentra sometida una línea aérea. En líneas aéreas se utiliza el cobre duro, obtenido por incorporación de Si para mejorar las cualidades mecánicas. Características de cobre duro:

Resistividad: 18 Ω mm2/Km. Carga rotura: 38 a 45 Kg./mm2 E: 35 Kg./mm2

El cobre recocido, no puede ser utilizado en líneas aéreas dada su pequeña carga de rotura y su carga límite elástica que es de 0,5 Kg./mm2. Generalmente se los usa para la confección de ataduras.

b) El aluminio es después del cobre el metal que posee la mayor conductividad. El aluminio utilizado para líneas debe representar el 99,5% del peso total de la aleación que constituye el cable. La más pequeña huella de impurezas produce reducción de la conductibilidad y pierde características de inalterabilidad a la intemperie. El aluminio y sus aleaciones son de uso corriente en líneas de AT.

Las principales características del aluminio son:

Al aire, se forma sobre la superficie del aluminio una capa de alúmina de pequeño espesor, la que se utiliza para proporcionar aislación para bobinajes en aluminio. Por ello es necesario que para emplazar un empalme, se deba eliminar la película alumínica mediante la limpieza del mismo y utilizar un empalme que comprima las dos partes a unir, conformando un conjunto macizo sin posibilidad de formación alumínica.

El aluminio tiene pequeña dureza superficial, por lo que debe manipularse con cuidado para evitar daños sobre el material. Por ello, es importante que las herramientas utilizadas para trabajar el aluminio no deben presentar ángulos vivos, superficie estriada o asperezas.

El aluminio está sujeto a efectos de corte dado que si una hebra sufre una cortadura, aunque mínima, se rompe a la primer flexión. Por ello jamás se utiliza aluminio puro o sus aleaciones en forma de hilo simple, sino en cable.

Elevado coeficiente de dilatación:

Por calentamiento el aluminio se dilata más que los otros materiales usuales, por ello ante el paso de la corriente se producirá dilatación que en una unión o empalme, de contraerse, ocasiona un mal contacto. Esto hace que los contactos entre piezas en aluminio sean realizados por:

Enlaces con todas sus partes en AL o aleaciones de AL con un mismo



coeficiente de dilatación

Enlaces donde la tensión mecánica de la línea aplique uno contra otro los contactos a unir.

Contacto del AL con otros metales:

En la confección de un enlace se deben elegir los metales que queden en contacto e impedir estancamiento de agua en el punto de contacto con el AL.

Los contactos que pueden hacerse con AL son únicamente aluminio con aluminio, aluminio con cadmio o piezas cadmiadas o aluminio con zinc o piezas galvanizadas. Se mejoran los contactos de AL con AL untando las superficies en contacto con vaselina neutra y polvo de zinc en proporción bien definida.

Un conductor de AL no debe hallarse debajo de una línea de Cu (cruce de líneas) dado que el agua de lluvia después de tocar el cobre, cae sobre el aluminio arrastrando sales de cobre disueltas. Ello ataca el AL disgregándolo, por lo que resulta necesario protegerlo mediante una banda de cubrimiento.

Para realizar el contacto AL – Cu a la intemperie, se utilizan placas bimetálicas de una cara de AL y otra de Cu. Estos dos metales están soldados entre si por laminación en caliente en condiciones especiales y su unión es tal que el interior de la placa bimetal está totalmente al abrigo del agua y del aire. Se debe intercalar la placa bimetal entre las piezas a ensamblar para que queden en contacto cada cara con el metal correspondiente.

Las características del AL son:


c) El Almelec es una aleación a base de AL que con una combinación de tratamientos térmicos y mecánicos adquiere con relación al Al, aumento de resistividad del orden del 15% y una carga de rotura de prácticamente doble valor.

Al igual que el AL, el amelec se recubre de alúmina, tiene un coeficiente de dilatación elevado y no puede ser puesto en contacto con otros metales a excepción del cadmio y del zinc.

Su dureza superficial es mayor, por lo que resulta menos frágil en las operaciones de desenrolle y tendido de los conductores de una línea, debiéndose tomar para el amelec las mismas precauciones que para el AL

Las características del amelec son:


d) El multimetal es un conductor formado de un alma de acero cubierto por una vaina de cobre exclusivamente destinada a protegerlo contra la oxidación. El multimetal consta por lo tanto de un lingote de acero al que se lo recubre de una capa de cobre por fusión. Como consecuencia de la operación de laminado, se pueden producir fisuras que dejan penetrar



humedad y por lo tanto dar lugar al inicio de la oxidación.

Las características del multimetal son:

Resistividad: 70 Ω mm2/Km. Carga rotura: 70 a 100 Kg./mm2

3. Conductores empleados en alambre.

Los alambres son definidos por su diámetro en [mm.]. El alambre de cobre duro, es difícilmente manejable para secciones superiores a 50 mm2 por lo que no es utilizable para esas instalaciones.

El aluminio puro o en forma de aleaciones no debe ser utilizado como conductor de línea en forradme hilo. Este material es muy frágil y al ser muy liviano es afectado por el viento que lo balancea y ocasiona vibraciones. Por ello, los hilos de AL se romperían en su punto de fijación en los aisladores.

El multimetal no puede ser empleado más que en líneas que transportan pequeñas potencias a distancias cortas, o bien cuando la elección del conductor se hace en base a las características mecánicas no eléctricas.

4. Conductores empleados en cables.

Se ha comentado que el cobre no puede ser utilizado prácticamente en forma de hilo para secciones superiores a 50 mm2 y que el AL y aleaciones no pueden ser usados en alambre. Por ello para grandes secciones y para el AL y aleaciones, se agrupan en un solo elemento los distintos hilos conformando el cable.

Los diferentes tipos de cables son los siguientes:

a) Cables homogéneos equilibrados: se encuentran constituidos por hilos redondos y del mismo diámetro y metal. Los cables se encuentran constituidos por un hilo central llamado alma y el resto es enrollado en hélice alrededor de la misma, una capa de 6 hilos del mismo diámetro, después una segunda capa, etc. Dos capas sucesivas son cableadas en sentido inverso, teniendo cada capa 6 conductores más que la ubicada debajo.

Composición Nº de hilos Diámetro externo

1+6 7 hebras 3d

7+(6+6=12) 19 hebras 5d

19+(12+6=18) 37 hebras 7d

37+(18+6=24) 61 hebras 9d

El cableado de la capa exterior debe tener siempre paso izquierdo. Se ha definido un sentido de cableado en los conductores para evitar que una extensión que comprenda una unión entre 2 conductores cableados en sentido inverso, bajo los efectos de la tracción de la línea, la parte más larga del conductor obligue a la otra a girar. De ello resultaría que los hilos de la capa exterior se destorcerían y serían más largos, mientras que por el contrario los hilos de la capa interior se encontrarían cableados a un paso más pequeño y se acortarían. De esta forma el esfuerzo de tracción de la línea en lugar de ser repartido sobre el conjunto de todas las hebras del conductor sería soportado sólo por las capas internas, las cuales se romperían por sobrecargas. El peso de cableado de la curva exterior, es del orden de 12 veces el diámetro de la capa recubierta.

Los cables normales de cobre no presentan nada de particular. Los diámetros de los hilos que constituyen un cable no deben pasar de 2,5 mm. (~5 mm2) para mantener una flexibilidad suficiente



para la ejecución de los trabajos.

Los alambres de los cables de AL o aleaciones, no deben ser inferiores a 2 mm. (~3 mm2) debido a su pequeña resistencia mecánica y su baja temperatura de fusión que ante un arco puede fundir una hebra.

En los cables amelec, debido a su rigidez, en caso de corte de una hebra exterior tiene una tendencia marcada a destorcerse lo que puede ocasionar un contacto con un conductor vecino.

Los cables de acero son utilizados como conductores de tierra o hilos de guardia. Deben tener una galvanización impecable que asegure su conservación y evitar roturas graves.

b) Cables mixtos: compuestos de un alma de acero sobre el cual se enrollan los hilos conductores. Se utilizan para incrementar la resistencia mecánica estando constituida el alma de acero por un hilo o cable de acero alrededor del cual se enrollan en hélice en una o varias capas los hilos conductores.

Los cables mixtos cobre – acero son rechazados por la rápida corrosión del acero, por la acción del cobre sobre la galvanización del acero.

Los cables Coperweld están formados por un hilo de acero recubierto de cobre por trefilado, presentando garantías contra la corrosión y conjuntamente con hilos de cobre permite constituir cables de gran resistencia mecánica.

Los cables AL – acero y amelec – acero, son cables que conviene utilizarlos particularmente para tendidos rectilíneos dado que los conductores pueden trabajar a tensión máxima y grandes vanos.

c) Cables especiales:

En líneas de MAT se debe tener en cuenta el efecto de corona ocasionado por una descarga incompleta entre conductores debida a que el aire no es un aislante perfecto.

Este efecto corona introduce pérdidas de energía que puede ser suprimida separando los conductores o aumentando su diámetro. Resulta más racional aumentar el diámetro de los conductores, pudiéndose para ello utilizar cables de un diámetro superior al necesario respecto a la caída de tensión o pérdida de energía admisible, o bien adoptar una disposición correspondiente a un gran diámetro exterior y haciendo vacío en el interior para no aumentar el peso.

5. Cables utilizados para conductores aéreos.

En líneas aéreas de BT se utilizan cables de cobre duro que generalmente son del tipo aislado a fin de evitar contactos accidentales y cortocircuitos por caída de objetos sobre la línea.

En líneas aéreas de MT se utilizan conductores _____ de Cu y de AL. El AL es más liviano que el Cu para la misma conductividad y también es más económico, pero también es menor su tensión su tensión máxima admisible (σ = 8 Kg./mm2) y donde no se prevean cargas adicionales.

El AL para cables debe ser de gran pureza (99,5%) ya que forma con la mayoría de los metales contenidos en él como impurezas fenómenos de corrosión que lentamente lo van destruyendo. También se utilizan, aunque su uso no está muy difundido, conductores de aleación de AL cuyos nombres comerciales son: Aldrey, Almelec, Alumec entre otros y que están constituidos por aleaciones de AL, magnesio y silicio. Por ejemplo, la composición del Aldrey es el siguiente:



Magnesio 0,5% Silicio 0,5% Hierro 0,3% Aluminio 98,7%

Tienen mayor tensión de rotura que el AL y menor que el Cu y similares características eléctricas que el AL.

Para líneas de AT prácticamente ya no se usan conductores de Cu habiéndoselos reemplazado por los de Aluminio Acero (Al/Ac) que también se utilizan en líneas de MT. Este tipo de cable está constituido por un núcleo de cable de acero galvanizado de alta resistencia mecánica y capas concéntricas de alambres de aluminio duro. El acero le confiere al cable la resistencia mecánica necesaria para el tendido.

Los cables de Al/Ac suelen denominarse ACSR (Aluminio Cable Steel Reinforced).

Módulo de elasticidad 2/1

306,9704 mmkg

m

mE

siendo m la relación entre el acero y el aluminio

Coeficiente de dilatación 610

13,3

367,22

m

m

La relación entre las secciones de Al y Ac es variable dependiendo de la tensión máxima que desea disponer, sendo común utilizar una relación de 6 o 7 a 1. A continuación indicamos algunas relaciones utilizadas:

Relación Al/Ac 4 a 1 (3 a 1): estos conductores con alta proporción de acero se utilizan únicamente para grandes vanos, mayores a 500m (por ejemplo: cruces fluviales).

Relación Al/Ac 6 a 1: estos conductores, que con referencia a la proporción de Al llegan hasta aproximadamente 22mm de diámetro, son los más convenientes para líneas aéreas de 132 kv, pudiendo usarse como conductores múltiples de 220 kv y 500 kv.

Relación Al/Ac 8 a 1: esta relación corresponde normalmente a todos los conductores con diámetros de 30 o más mm., sea para conductores simples o múltiples.

Relación Al/Ac 11 a 1 (12 a 1): los conductores con relación Al/Ac = 11 a 1, conducen a flechas grandes y consecuentemente mayores costos de conductores y de estructuras pero con menores pérdidas de transmisión. Estos conductores deben tener una tensión media de solo el 85% de la tensión media de tracción de conductores con relación Al/Ac = 8 a 1.

El paso de la hélice de cada capa de hilos de Al suelen ser de 14 veces el diámetro total del cable y las sucesivas capas van arrolladas n sentido contrario a fin de que el cable no se torsione al traccionarlo y para que los AV de las distintas capas se neutralicen entre si haciendo mínimo el campo magnético sobre el alma de acero que produce pérdidas adicionales (Figura 6).

La sección se especifica con 2 números que indican la sección del Al/sección Ac y se expresan en mm2 (Ejemplo: cable Al/Ac, 300/50 mm2). En EEUU se emplea el “circular mill” como unidad de sección y representa la sección de una circunferencia de una milésima de pulgada de diámetro (1mm2 = 1974CM 2000CM).



En los cálculos eléctricos se considera la sección de Al, mientras que para los cálculos mecánicos se considera la sección total del conductor.

Para líneas de MAT (≥ 220 kv) se utilizan conductores en haz, o sea que cada fase está constituída por un conjunto de conductores (2 – 3 – 4) conectados en paralelo.

Para estas tensiones no podría usarse un conductor único ya que el campo eléctrico en su superficie sobrepasaría la rigidez dieléctrica del aire que lo rodea y se produciría efecto corona. El efecto corona podría evitarse para tensión entre 220 kv y 380 kv utilizando conductores únicos expandidos o sea huecos a fin de aumentar su diámetro, no resultando ello económico.

La división del conductor de cada fase en varios conductores parciales tiene también la ventaja de que cualquiera sea la capacidad de transmisión de la línea pueden emplearse cables y graperías normalizadas y relativamente livianas. Los conductores parciales se mantienen separados entre si (unos 40 cm) por medio de separadores o amortiguadores que se colocan a lo largo del vano, evitando que los cables se toquen entre sí al oscilar amortiguando además las vibraciones. Para evitar los nodos de oscilación, la distancia entre separadores a lo largo del vano no es uniforme

Cable de Al / Ac

Figura 6

En la Figura 7 se muestra la tabla en la cual se observan características de conductores

Notas: 1. Según estas nuevas normas la denominación del conductor corresponde a la sección

nominal de su cubierta de aluminio 2. El paso de los torzales es de 11 a 14 veces del diámetro total del cable, la dirección del

Al

Ac



paso en los cables, cuya cubierta está compuesta de varios torzales, es alternada y en este caso el torzal exterior debe tener torcido derecho.

3. Formación del alma de acero: conductores de 16 hasta 50 mm2 tienen un alambre y de 70 hasta 300 mm2 tienen 1 + ¿?????

4. Formación de la cubierta de alumnio: conductores de 16 hasta 50 mm2 deberán tener la cubierta compuesta de 6 alambres (un torzal) y de 70 hasta 300 mm2 la cubierta deberá ser compuesta de 10 + 16 = 26 alambres (dos torzales)

Premisas: 1. Peso específico de acero: 7,85; de aluminio: 2,7; factor promedio de dilatación para los

alambres del conductor; 1,05 2. Conductividad eléctrica de aluminio; (valor mínimo) 34,8 m/ohm*mm2 no se considera la

conductividad eléctrica de acero 3. Carga de rotura del conductor es según VDE 0210. Párrafo 3 F. Para conductores

normales la carga de rotura es el 90% de la suma de cargas de rotura de cada alambre.

Figura 7. Tabla de características de conductores

6. Cables utilizados para hilos de guardia.

El empleo de hilos de guardia de acero representa una práctica generalizada. En Alemania prevalece la utilización de hilos de guardia de buena conductibilidad (conductores de Al/Ac) especialmente desde que la red de AT fuera conectada a servicio con neutro directo a tierra. Debido a ello para un cortocircuito a tierra se logran las siguientes ventajas:

a) Mejoramiento de la puesta a tierra en las ET bajo dos aspectos, a saber:

Los hilos de guardia de las líneas que alimentan el cortocircuito toman una parte mayor de la corriente de tierra y por ese medio descargan todas las puestas a tierra.

Todos los hilos de guardia que salen de una ET reducen la resistencia de la puesta a tierra de la Estación, tanto más cuanto mejor es su conductividad.

b) Reducción de las tensiones perturbadoras que se inducen en el instante del cortocircuito en líneas vecinas.

Una ventaja adicional de la aplicación de conductores de Al/Ac es el mejoramiento de la protección contra la corrosión, en comparación con los conductores de acero.

Los hilos de guardia deben ser tendidos con una flecha menor que los conductores de fase en un 10% con el objeto de mantener en el centro del vano una distancia relativamente amplia entre el conductor y el cable de guardia. En la figura 8 se muestran las diferencias.



Figura 8

Para lograr la reducción de flechas se han previsto conductores con alta proporción de Ac a saber:

44/33 mm2 relación Al/Ac = 1,4 a 1




En EEUU se utiliza el tipo ALUMOWELD para hilos de guardia fundamentalmente por motivo de corrosión. Estos conductores se componen de alambres de Ac fuertemente aluminizados, teniendo cada alambre una capa protectora de Al, correspondiendo el 20% al 30% de la sección total al Al.

En nuestro medio se utiliza como hilo de guardia el conductos de Ac zincado a fuego. Los cables de acero fabricados en nuestro país tienen una resistencia a la rotura mínima de 80 Kg./mm2. A continuación en la figura 9, se muestran características de un cable de acero de 50 mm2 de sección utilizado en las líneas de 132 kv. Para 220 kv se suelen utilizar conductores de Ac de 70 mm2.

Cable de Acero de 50 mm2

Formación 19 alambres

Diámetro del alambre 1,8mm (tolerancia ± 3%)

Sección de los alambres 2,54 mm2

Diámetro del cable 9mm (tolerancia ± 3%)

Sección real del cable 48,40 mm2 (tolerancia ± 6%)

Peso medio del cable 0,394 Kg./m (tolerancia ± 6%)

Módulo de elasticidad 18000 – 20000 Kg./mm2

Coeficiente de dilatación térmica 11x10-6 a 0ºC

Sistema de galvanización por inmersión



Tensión de rotura mínima calculada del cable 3900 Kg.

Capa de zinc 225 g/m2

Especificaciones utilizadas en la fabricación Normas Iram 666

Fabricación Nacional

Figura 9

7. Alargamiento inelástico de los conductores de Al/Ac.

Los conductores empleados en las líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica experimentan, a partir de su instalación y en el transcurso de los año, un alargamiento inelástico o permanente cuya magnitud depende del material o materiales que componen el conductor, de la formación de la sección, del peso del cableado, de la tensión a que está sometido, de la temperatura y del tiempo transcurrido.

Este proceso es conocido también con el nombre de Creep o arrastre, siendo su consecuencia importante la de provocar un incremento de la flecha con que inicialmente fue tendido el conductor, y paralelamente una disminución de su tensión inicial.

En general, este fenómeno tiene escasa incidencia en los conductores de acero para los cuales no se las toma en cuenta, así como también en los de cobre, adquiriendo importancia en los conductores de aleación de Al, Al/Ac y más aún en los conductores de Al.

Por esta causa, decaer la resistencia de los conductores, la tensión media de tracción se reduce en Δ5 y la flecha aumenta en la cantidad de Δf. El arrastre altera en conductores de Al/Ac las tensiones en los materiales componentes. En el Al se reducen las tensiones a expensas de las tensiones en el alma de acero donde se incrementan. En la figura 10 se representan las tensiones antes y después del arrastre para conductores de Al/Ac, en función de la relación Al/Ac.



Figura 10

En la figura 11, se indica en tanto por mil el alargamiento permanente de los conductores de Al/Ac en función del tiempo. Las tres curvas de este diagrama se refieren a TMA iguales a 15%, 20 y 25% de la tensión de rotura del conductor. La reducción de la tensión del conductor y el incremento de su flecha se pueden determinar en el diagrama conocidos los datos del alargamiento permanente.



Figura 11



Ejemplo: Conductor Al/Ac 300/50 mm2

23 /10*5,3 mmmkg

Tensiones de tracción y flechas para un vano de 350 m:

Temperatura 16 ºC 20 ºC

σ [Kg./mm2] 5,9 5,73

Flecha f[m] 9,1 9,35

TMA 20

Se debe hallar la flecha para la cual el conductor a 20 ºC es ajustado para el montaje, para que más tarde después de dos años cuando el proceso de arrastre está prácticamente terminado, la flecha no sobrepase 9,35 m.

Según el diagrama de la figura 11, k = 0,4 ‰ para TMA = 20% después de 2 años.

La ecuación de la longitud de arco para el vano resulta:

a

faL

2

13

8

La variación de longitud después del arrastre resulta:

akLff

kLffa

LL

8

3

1

3

8

2

2

2

1

2

1

2

212

Si 22

2

2

18

3kLffLa

2

232

1

2

1

1

2322

1

/71,073,544,6

10332,835,9

/44,632,8*8

10*5,3350

8

32,89,6835010*4,08

335,9

mmkg

cmf

mmkgf

a

mff

Una rápida aproximación se puede tener de la figura 10.a.

8. Carga térmica admisible de los conductores de Al/Ac.

La corriente permanente admisible de carga de los conductores de Al/Ac es válido para las siguientes suposiciones:

Velocidad del viento 0,6 m/seg. E influencia del sol



Temperatura inicial ambiental de 35 ºC

Temperatura final del conductor de 80 ºC

Generalmente interesa la corriente permanente admisible de carga para otra temperatura inicial ambiental cuando, por ejemplo en caso de perturbación, deben ser transmitidas grandes potencias. Para este fin puede ser utilizado el diagrama de la figura 12, en la cual las temperaturas indicadas sobre las ordenadas son las elevaciones de temperatura de los conductores ocasionadas por la corriente de carga. La suma de esta temperatura y la de ambiente proporciona la temperatura final del conductor. Para ello en el diagrama se ha supuesto el aire a 40 ºC. Por ejemplo para el conductor Al/Ac 402/66 mm2 se obtiene para una elevación de temperatura de 40 ºC (40 ºC en el aire y 80 ºC en el Al) una corriente permanente admisible de carga de 900 A (figura 12).



Figura 12

Según la figura 13, se obtiene un debilitamiento del 10% para una corriente de carga dad, en los siguientes casos:



10 hs. con temperatura final del conductor de 150 ºC

10000 hs. con temperatura final del conductor de 100 ºC

Figura 13

En la práctica del servicio interesa la sobrecargabilidad posible de los conductores de Al/Ac en caso de perturbaciones, cuando por ejemplo algunas líneas aéreas deben transmitir potencias que calientan el conductor a más de 80 ºC. Cuando se hace uso de la sobrecargabilidad posible (cuando se superan los 80 ºC de temperatura final del conductor) se debe considerar:

a) Sobrepasando los 80 ºC de temperatura final, el conductor se debilita cada vez más cuánto más tiempo transcurre en ese estado.

b) Cada elevación de la temperatura final del conductor trae como consecuencia un agrandamiento de la flecha. Para los conductores usualmente empleados en líneas de AT, la flecha se alarga para un vano 300 a 400 m., de 30 a 35 cm por cada 10 ºC. Como para todas las líneas aéreas existentes la flecha es determinada para 45 ºC, la transmisión de la potencia térmica límite (temperatura final del conductor 80 ºC) ocasiona una reducción apreciable de las distancias al suelo debido al aumento de la flecha. Por ello las sobrecargas de las líneas aéreas pueden ser admitidas, sólo en casos especiales, por razones de seguridad. Actualmente se trata de basar la fecha máxima en temperaturas más altas, en las cuales son de esperar grandes potencias de transmisión.

c) El control térmico es necesario no sólo para los conductores de las líneas aéreas, sino también para otros equipos de la red como cables y transformadores.

9. Vibraciones.

Un cable tenso en una corriente de aire horizontal es impulsado a vibrar por los torbellinos de aire que se forman en la zona de menor presión en la sombra de viento del cable. A causa de la rugosidad propia del conductor, estos remolinos son de mayor intensidad que los que aparecen sobre cilindros de superficie lisa.

Los vientos suaves (de 1 a 15 Km./h) de velocidad constante y uniformes sobre una gran área, causan vibraciones de alta frecuencia y baja amplitud que son las más peligrosas a cuasa de ser armónicas y poder estar en resonancia con el conductor.

Cuando la frecuencia de las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre el conductor coincide con el período natural de vibración del conductor, se produce resonancia y la vibración forzada aumenta su amplitud.

Estas vibraciones pueden originar inconvenientes en los puntos donde son restringidas, por ejemplo en una grapa de sujeción la onda se refleja y produce un doblado momentáneo del conductor en la boca de la grapa. Estas tensiones de flexión alternativa que se superponen a las tensiones estáticas de tracción del conductor y compresión en las grapas, pueden producir la rotura por fatiga de algunos hilos del conductor con la aparición de la característica de corte plano. Los hilos restantes sufren tensiones de tracción mayores y calentamiento localizado por el paso de la corriente, conduciendo al final a la rotura y posterior caída del conductor.



Los vientos de muy alta velocidad no tienen carácter de periodicidad, dándole al conductor sólo un mayor esfuerzo de tracción.

No existen fórmulas simples que permitan calcular la amplitud de las vibraciones, las que se utilizan son empíricas y se basan en gran número de mediciones de vibraciones efectuadas en distintos tipos de líneas.

Los parámetros que influyen sobre las vibraciones y el daño por vibración son debido a:

Velocidad del viento

Uniformidad y dirección del viento

Condiciones especiales de temperatura

Características topográficas del terreno

Dirección de la línea

Material de los soportes y empalmes

Tipo de conductor

Esfuerzo mecánico del conductor

El uso de conductores múltiples muestra una reducción de la vibración, atribuyéndose ello al apantallamiento del viento de un conductor que hace turbulenta la corriente de aire por el otro. Además contribuyen las pequeñas diferencias de tendido que producen diferentes frecuencias de resonancia en los conductores y los puntos de reflexión creados por los espaciadores.

La vibración de los conductores no puede evitarse, pero hay una serie de medidas que pueden adoptarse a fin de disminuir sus efectos, como ser:

a) Grapa de suspensión especialmente diseñadas a fin de darle una forma apropiada al asiento del conductor, sin producir entalladuras (figura 14)

Figura 14



Además la grapa debe ser del tipo basculante y liviana a fin de que pueda acompañar al conductor en su movimiento.

b) Protección con varilla preformada que permite el aumento de la resistencia del conductor en los puntos de suspensión. Este refuerzo preformado que consiste en varillas preformadas en espirales con diámetro interior ligeramente más pequeño que el diámetro del conductor al igual que un resorte (figura 15).

Figura 15

c) Amortiguadores dinámicos son dispositivos fijados al conductor para absorber la energía o contrarrestar las vibraciones, teniendo una frecuencia propia distinta a la del conductor.

Uno de los amortiguadores más utilizados es el “stock bridge” que se colocan a una distancia apropiada de la grapa de sujeción del conductor (aproximadamente 1 a 1,30 m). Dcho amortiguador se muestra en la figura 16.

Figura 16

Existen tablas que dan la distancia a la que deben colocarse los amortiguadores a fin de que sea mecánico su efecto. En casos especiales de líneas con grandes vanos, la cantidad, tipo y separación de los amortiguadores se determina experimentalmente construido a tal efecto antes de construir la línea. Para registrar las vibraciones se utilizan los registradores de vibraciones que se cuelgan de la línea y grafican la amplitud de las oscilaciones en un papel accionado por un mecanismo de relojería.

Para los conductores usados en la práctica, la experiencia adquirida en la explotación de las línea hizo llegar a la conclusión que cuanto mayor es la tensión mecánica del conductor, tanto mayor resulta la probabilidad que vibre produciendo este hecho fatigas en el material que pueden ocasionar su rotura.

Se determinó así un límite de tensión que el conductor no debe sobrepasar y con el cual se espera minimizar las vibraciones. Los valores de tensión están relacionados con la temperatura media anual y el vano, de modo que el conductor se encuentre la mayor parte del tiempo tendido con una tensión que evite las vibraciones. Las tensiones se calculan, para vanos comprendidos entre 150m y 500m, mediante la expresión:



2* /.350

50015,012,5 mmKg

aam

Para vanos a < 150m, vale la tensión obtenida para a = 150m. Se entiende que este valor σm*a a la temperatura media anual es para líneas sin dispositivos antivibradores.

Se debe verificar que con las menores temperaturas o con las mayores sobrecargas, según sea la longitud del vano con respecto al vano crítico, no se sobre pase el valor especificado para evitar vibraciones a la temperatura media anual.

conductores lat

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