teacnicas de alta tension

CABLE DE GUARDA COMO PROTECCIÓN EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

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TÉCNICAS DE ALTA TENSIÓN.

CABLE DE GUARDA COMO PROTECCIÓN EN LÍNEAS DE

TRANSMISIÓN


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CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 3

2. PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES ................................................................................ 3

2.1. SISTEMA DE PROTECCIÓN POR CABLE DE GUARDA: .............................................. 4

3. CABLES DE GUARDA EN TORRES DE ALTA TENSIÓN Y RAYOS ....................................... 7

4. ÁNGULO DE BLINDAJE ..................................................................................................................... 12

4.1. CHARLES ................................................................................................................................... 14

4.2. BEWLEY ..................................................................................................................................... 15

4.3. WAGNER .................................................................................................................................... 16

4.4. GOLDE: ....................................................................................................................................... 17

4.5. LEWIS: ........................................................................................................................................ 17

4.6. SCHWAIGER ............................................................................................................................. 18

4.7. LANGREHR ............................................................................................................................... 20

4.8. GRUNEWALD ........................................................................................................................... 20

5. FALLA DE BLINDAJE .......................................................................................................................... 22

6. CAUSAS DE LA FALLA DE UN CABLE DE GUARDA DE UNA EMPRESA ELÉCTRICA

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6.1. MÉTODOS Y MATERIALES. ................................................................................................ 23

6.2. UBICACIÓN DE LA FALLA. .................................................................................................. 24

6.3. ANÁLISIS QUÍMICO Y MICROSCOPÍA ÓPTICA ........................................................... 24

6.4. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA Y MICROANÁLISIS POR ENERGÍA

DISPERSIVA: LEJOS Y CERCA DE LA FALLA. ............................................................................ 26

6.5. ENSAYO DE MICRODUREZA .............................................................................................. 27

6.6. DIFRACCIÓN DE RAYOS X .................................................................................................. 28

6.7. MECANISMO DE FALLA DEL CABLE DE GUARDA.................................................... 28

7. ÍNDICES DE SALIDAS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN POR FALLAS DE BLINDAJE .. 29

8. BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................... 30


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1. INTRODUCCIÓN

Las líneas de transmisión eléctrica se encuentran energizadas continuamente, por lo

cual es importante evitar descargas eléctricas directas que interrumpan la

continuidad del servicio. Esto ha generado la búsqueda de formas de aislar esas

estructuras eléctricamente creando a su alrededor una "jaula". Uno de los métodos

más frecuentemente utilizados es el uso de Cables de Guarda, que son colocados sobre

la línea eléctrica actuando como una especie de pararrayos. Estos cables son

fabricados de formas y materiales diferentes, uno de los diseños más comunes es el

que consta de siete hilos entrelazados entre sí que posee una matriz o núcleo de acero

y están recubiertos con aluminio. El cable de guarda también se utiliza para la

colocación de señalizaciones, como por ejemplo las esferas de balizaje. Todos los

elementos constructivos de una línea aérea deben ser elegidos, conformados y

construidos de manera que tengan un comportamiento seguro en condiciones de

servicio, bajo las condiciones climáticas, bajo tensiones de régimen y bajo corriente.

Figura 1: cables de guarda

2. PROTECCIÓN CONTRA SOBRETENSIONES

Las estaciones tipo exterior y líneas de transmisión deben protegerse contra las descargas atmosféricas directas e indirectas. Dichas descargas afectan a las estaciones en dos formas sustancialmente distintas; por una parte las descargas producidas sobre las líneas que llegan o salen de la Estación provocan ondas viajeras que viajan hacia ella, solicitando la aislación de los equipos que la componen. Por otra parte, deben considerarse las descargas que caen directamente sobre la Estación y eluden la acción del blindaje incidiendo directamente sobre el equipamiento.


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Por tales razones el diseño de la protección de una Estación debe tener en cuenta ambos efectos, cada uno de los cuales necesita ser tratado en forma diferente. El primero de los efectos mencionados, se evita mediante la instalación de descargadores de sobre tensión convenientemente ubicados. Las descargas directas provocan solicitaciones exigentes para las aislaciones de los equipos, debiéndose disminuir al mínimo posible el número de las mismas, con un costo económico razonable. Es práctica común utilizar hilos de guardia como sistema de protección.

2.1. SISTEMA DE PROTECCIÓN POR CABLE DE GUARDA:

Los cables de guarda de Estaciones y líneas desempeñan dos funciones importantes: a. Proteger las líneas aéreas contra descargas atmosféricas siendo su objeto

primordial Reducir la tensión inducida en la línea aérea por los rayos que caen en las

cercanías Proteger los conductores de fase, absorbiendo las descargas atmosféricas Reducir la acción devastadora del rayo descargado directamente en la línea

aérea

Para todo lo cual tiene mera importancia la disposición con respecto a los conductores. b. Reducir el efecto de la corriente de cortocircuito y participando por lo tanto en la

disminución de la resistencia de tierra y disminuyendo las tensiones de paso que puedan poner en peligro a las personas o animales.

Al disminuir la resistencia de tierra se tiene una disminución en la influencia sobre los circuitos de telecomunicación situados cerca de la línea, en caso de producirse cortocircuito a tierra. La acción protectora del hilo de guardia se determina por “zonas de protección” o también como conocidos como “ángulos de protección”. Dichas zonas son fundamentales en la configuración de líneas eléctricas aéreas y Estaciones de transformación, dado que la misma influye considerablemente sobre su diseño. Inicialmente se había considerado la acción protectora del hilo de guardia teniendo en cuenta que la carga del conductor de fase debido a la influencia atmosférica estaba limitada por la vencidad y la capacidad que existía con dicho conductor. En base a esto, se habían ubicado los hilos de guardia al lado de los conductores de fase. Investigaciones realizadas considerando características y desarrollo del rayo, han demostrado que el principal peligro no se debe buscar en las pequeñas cargas por intermedio de los denominados golpes indirectos y la vecindad de las líneas eléctricas aéreas, sino en la magnitud de la carga producida por los golpes directos en los conductores


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Con esto se ha decidido claramente que solamente los hilos de guardia, que en forma de una jaula de Faraday, protegen los conductores contra las nubes; efectuando una protección eficaz debiéndose ubicar los mismos sobre los conductores y no al lado de ellos. El costo consiste no solamente en el hilo de guardia propiamente dicho, sino también tienen importancia los gastos por alargamiento y refuerzo de los soportes. Los cables de guarda o hilos de tierra se colocan 1 o 2 sobre los conductores de fase en la parte más alta de los soportes y conectados a tierra (figura 2a y 2b). Suele utilizarse como hilo de guardia el cable de acero galvanizado de 50 o 70 mm2 o bien el cable de Al/Ac (la sección es únicamente por razones mecánicas). Para el dimensionado de los hilos de Al/Ac, se aplica una regla práctica aproximada la cual determina que la sección del hilo de guardia en acero es aproximadamente igual a la sección del alma de acero del conductor.

Figura 2.a: Amarre del cable de guarda


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Figura 2.b: puestas a tierra del cable de guarda y soporte


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La descarga del rayo se produce cuando el gradiente eléctrico entre las nubes y el objeto que el rayo alcanza sobrepasa el gradiente correspondiente a la rigidez dieléctrica del aire. El campo electroestático formado entre nubes y el suelo es uniforme de modo que las superficies equipotenciales son planos paralelos a la superficie de la tierra, la que siempre tiene el potencial cero (figura 3). El hilo de guardia colocado en el extremo del soporte a una cierta altura H, correspondiendo un potencial VH = E0 H.

Figura 3: Influencia del cable de guarda en el campo electrostático de la atmosfera

3. CABLES DE GUARDA EN TORRES DE ALTA TENSIÓN Y RAYOS

Los cables de guarda instalados en las líneas de alta tensión, son cables sin tensión que se colocan en la parte más alta en las redes de alta tensión, se conectan a la misma estructura metálica en cada torre y sirven para varios motivos. Uno es el generar un equipotencial de tierra en todo el trazado de la línea, rebajando al mínimo la resistencia de tierra ya que con el cable se unen todas las torres y por defecto toda la toma de tierra del trazado. Otro motivo es para intentar captar el rayo durante las tormentas y conducirlo a tierra (cosa que no siempre sucede)


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Figura 4

Por una parte lo primero es bueno para reducir el riesgo eléctrico a las personas que toquen una torre de alta tensión, y minimizar así las posibles tensiones de paso que pueden generarse. Por otra parte es perjudicial porqué es sabido que esto facilita que el rayo encuentre un camino de resistencia baja en los puntos más altos, cuando el rayo impacta en la torre, aparecen en más o menos medida fugas de corriente de alta tensión por las estructuras, poniendo en riesgo a las personas que estén cerca de la torre en ese preciso instante.

Figura 5


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Otro motivo perjudicial a nivel de seguridad eléctrica y del propio transporte de energía es cuando un rayo impacta en el cable, éste sufre una degradación de material, es decir, la energía generada del rayo en el punto de contacto del cable, crea la fusión del material y perdida de éste por un lado, y por otro, la modificación de su resistencia mecánica. Un cable afectado por rayo, es un peligro inminente para el suministro eléctrico, ya que se puede partir y cortocircuitar los cables de tensión que están por debajo de él, creando más chispazos y fusión de los cables de tensión. El problema no es la desconexión del servicio, el problema es que seguramente este deterioro no se percibe en el momento de la reparación y más adelante puede aparecer el accidente de verdad.

Figura 6

Las empresas de control visual en vuelo, pueden apreciar el deterioro causado por un rayo en los cables de guarda.

Figura 7


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Las inclemencias meteorológicas; viento, nieve y lluvia heladora, pueden facilitar que un cable afectado por rayo se rompa, incluyendo el sobrepeso de los pájaros.

Figura 8

Quien no ha visto centenares de pájaros encima de los cables, el problema no es el peso, el problema es el esfuerzo al salir al vuelo todos de golpe, ese esfuerzo genera que el cable se ponga en tensión y vibre.

Figura 9


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En el caso de las torres de alta tensión, pasa algo parecido con los efectos térmicos de los rayos. Las torres son verdadero pararrayos, dado que están construidas todas de metal y están perfectamente puestas a tierra. Los trazados de las torres, las obligan a pasar por puntos elevados, predominado en ocasiones en lo más alto de las montañas. Una torre bien diseñada e instalada, puede padecer esfuerzos térmicos cada vez que es impactada directamente por un rayo, la resistencia mecánica de una torre de alta tensión puede debilitarse después de padecer una descarga de rayo.

Figura 10


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4. ÁNGULO DE BLINDAJE

Uno de los métodos de protección de líneas contra descargas atmosféricas es por medio del blindaje, este método consiste en interceptar las descargas atmosféricas y conducirlas a tierra por medio de un conductor conectado a tierra, éste conductor recibe el nombre de hilo de guarda. El hilo de guarda se instala en la parte más elevada de la estructura mecánica que soporta a la línea de transmisión con un ángulo respecto a su línea vertical y el conductor de fase más externo, éste ángulo es conocido como ángulo de blindaje. La figura 11 muestra la variación del ángulo de blindaje, de positivo a negativo, al variar la posición del hilo de guarda con respecto a un conductor de fase. El objetivo de la selección del número de hilos de guarda y su posición es interceptar los rayos y reducir las fallas de blindaje a un número aceptable.

Figura: 11

La protección frente a descargas atmosféricas se realiza mediante doble cable de guarda. La forma y dimensiones principales de la torre de suspensión se pueden apreciar en la figura 12: Figura: 12


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El problema de cómo colocar el cable de guardia para conseguir una protección total contra las descargas directas de los rayos a los conductores ha sido muy discutido, no llegándose hasta ahora a ningún resultado definitivo. Por ello se enuncian las principales propuestas para resolver el problema, a fin de elegir una solución adecuada que garantice el funcionamiento seguro de la línea y que sea económicamente aceptable. En la figura 13 se muestran las distintas propuestas, las cuales se analizan a continuación.

Figura: 13


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4.1. CHARLES

Este criterio establece un ángulo de apantallamiento α= 45º con la vertical, de modo tal que la descarga atmosférica no caerá sobre ningún objeto que se encuentre dentro del cono delimitado por dicho ángulo. Este criterio es poco severo y permite ubicar el cable de guardia a menor altura. El apantallamiento que brindan los cables de guarda de la línea según este criterio se puede ver en la siguiente figura, se observa que las fases exteriores tienen un apantallamiento excesivo mientras que la fase central no resulta protegida.

Figura: 14


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Según este criterio tenemos dos alternativas, cable de guarda doble o simple. La ubicación de dos cables evita colocar una estructura adicional como se muestra en la figura 15.

Figura: 15

4.2. BEWLEY

Asume que el rayo choca siempre el objeto más próximo a la nube cargada y deduce de esta hipótesis las fórmulas para la colocación de los hilos de guardia. Estas fórmulas dependen de la altura de las nubes cargadas, lo que es un factor difícil de determinar. Bewley llega a la conclusión de que, para las nubes de una altura de 5 a 30 veces la altura de los hilos de guardia sobre la tierra, el ángulo protector es de 55º a 75º.


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4.3. WAGNER

En base a ensayos de laboratorio, recomienda adoptar un ángulo protector del hilo de guardia de 30º a 40º para los conductores externos y de 70º a 80º para los colocados entre los hilos de guardia. El apantallamiento que brindad los cables de guardia de la línea según este criterio se puede ver en la siguiente figura 7, se observa que solamente las fases laterales resultan protegidas.

Figura: 16

Podemos reubicar los cables de guarda bajo este criterio de manera tal que resulten protegidos todos los conductores, como se muestra a continuación:


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Figura: 17

4.4. GOLDE:

Llega a la conclusión de que el ángulo protector del hilo de guardia es aproximadamente 64º y aumenta con la intensidad de la corriente del rayo.

4.5. LEWIS:

Recomienda para conductores dispuestos horizontalmente, la aplicación de 2 hilos de guardia, colocados sobre los conductores a una altura igual a ⅔ de la distancia entre los conductores. La distancia entre los hilos de guardia debe ser igual a la existente entre los conductores. El ángulo protector resulta de 36º (figura 8).


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Figura 18: protección de una línea aérea de doble y simple terna según Lewis.

4.6. SCHWAIGER

Determina la zona protectora del hilo de guardia como la zona incluida entre la vertical que pasa por el cable y el arco que pasa por el mismo cable y es tangente a la tierra. El radio del arco es igual a la altura del hilo sobre tierra. La zona de protección entre 2 hilos de guardia es la semicircunferencia de diámetro C igual a la distancia entre los mismos y cuyos puntos extremos coinciden con dichos hilos de guardia. Más claramente, la zona protegida por los hilos de guardia, está determinada por círculos de radios iguales a la altura sobre el suelo del hilo de guardia. La zona propiamente protegida, esta aun disminuida por una zona de dispersión que hay que tomar en cuenta con un ancho del 2 al 4 % del radio correspondiente (figura 19).

Figura 19


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Schwaiger, autor del método toma la relación H/h = 1 siendo H el punto donde se encuentra la punta del rayo, y h la altura del cable de guardia. La zona de protección resultante queda determinada por un cuarto de circunferencia de radio h, como se puede ver a continuación, de modo tal que resultará protegido lo que se encuentre por debajo de esta.

Figura 20

Se puede determinar la altura a la que deberían instalarse los cables de guardia, según este criterio, para lograr que los conductores de potencia resulten protegidos. Para esto se calcula la altura mediante la siguiente ecuación:


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Donde:

yc= Altura del conductor de fase h = Altura del cable de guardia xc = distancia media entre conductores de fase. El resultado indica que el cable de guardia se debe instalar a 49,2 [m] de altura, esto resulta impracticable desde un punto de vista técnico económico.

4.7. LANGREHR

Determina la zona protegida por el hilo de guardia de manera similar a Schwaiger, solamente que los centros de los arcos deben ser el doble de la altura del hilo de guardia sobre tierra.

4.8. GRUNEWALD

Recomienda asumir el ángulo protector de 32º. Actualmente por ofrecer adecuada protección y ser económicamente justificable, el método más utilizado es el de Langrehr.

Figura 21: determinación de la posición del cable de guarda


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Se ha demostrado experimentalmente que el espacio protegido por un cable de tierra está delimitado, aproximadamente, por un arco circular de radio igual a la altura del cable de tierra sobre el suelo (figura 22).

Figura 22: determinación del espacio protegido por el cable de guarda

Con lo expuesto quedan definidos los criterios para la disposición de los conductores y de los hilos de guardia; pero los hilos de guardia colocados sobre los conductores de línea, aun si soportan el golpe del rayo, no garantizan por si mismo una eficaz protección del sistema si la aislación de la línea no se ajusta a las consecuencias que produce el golpe del rayo en el hilo de guardia. Como ya se dijo, el rayo da origen a corriente del orden de hasta 100 KA. Esta corriente que fluye a tierra se distribuye sobre varios soportes de línea (figura 23) si la línea esta provista de hilo de guardia, soporte y puesta a tierra una caída de tensión debida a la resistencia de estos elementos

Figura 23: distribución de la corriente del rayo de una línea con cables de guarda


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5. FALLA DE BLINDAJE

Para la obtención del índice de fallas por blindaje inapropiado, se tienen dos alternativas, una es considerando la corriente mínima e incidencia del rayo obtenida de la curva de probabilidad y la otra es considerando la corriente mínima del rayo en el conductor de fase que produzca flameo en el aislamiento obteniendo el índice de fallas de blindaje que producen flameo. La falla de blindaje se puede definir como el flameo de un aislador debido a la incidencia de un rayo en el conductor de fase en vez de incidir en el cable de guarda diseñado con cierto ángulo de blindaje. Adicionalmente, las condiciones para las cuales se producen flameos inversos, como son altos valores de resistencia a tierra y/o bajo nivel de aislamiento, se deben de tomar en cuenta para obtener las bases de un diseño total de protección por descargas atmosféricas. De esta manera se puede considerar un solo hilo de guarda para zonas con baja densidad de rayos a tierra y dos hilos para zonas con alta densidad. Los niveles críticos para los índices de fallas de blindaje que producen flameos, se dejan a consideración del diseñador. Por ejemplo, para las líneas que den un servicio a cargas críticas, se pueden seleccionar un valor de diseño de falla de blindaje que producen flameo menor o igual a 0.05 por cada cien kilómetros de línea por año. Basado en la formulación del radio crítico de Brown-Whitehead, para condiciones severas y considerando rayos verticales, se puede sugerir el uso de la siguiente figura respecto a la selección del ángulo de blindaje:

Figura 24


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En esta figura se presentan los ángulos de blindaje promedio a medio claro, por lo que los ángulos de blindaje en las torres pueden ser mayores. Con estas curvas se obtiene el ángulo de blindaje promedio para diferentes valores de

diseño y se considera terreno plano. En la figura, es la altura del cable de guarda

es la altura del conductor de fase. Los ángulos de blindaje , se obtienen con las alturas promedio de los conductores en la torre, , para valores de corriente de 5 a 10 KA, los cuales representan los límites para obtener fallas de blindaje que producirán flameos al rebasar el nivel básico de aislamiento. Estos ángulos de blindaje son promedios tomados a medio claro, por lo que en las torres pueden llegar a tener un valor mayor. También se considera un terreno plano para estos ángulos. Para torres en laderas, el ángulo promedio se obtiene como el valor del ángulo en la gráfica menos el ángulo de inclinación de la ladera. Para el caso de estructuras en áreas arboladas o con estructuras altas, se pueden usar ángulos mayores, ya que el radio de atracción de la tierra se incrementa por las alturas de árboles y torres. Torres construidas en topes de colinas son más vulnerables debido al aumento del número de rayos, sin embargo, los flameos inversos llegan a ser más representativos debido a que la resistencia al pie de la torre tiende a ser mayor en estas áreas.

6. CAUSAS DE LA FALLA DE UN CABLE DE GUARDA DE UNA EMPRESA ELÉCTRICA

Las líneas de transmisión eléctrica se encuentran energizadas continuamente, por lo cual es importante evitar descargas eléctricas directas que interrumpan la continuidad del servicio. Esto ha generado la búsqueda de formas de aislar esas estructuras eléctricamente creando a su alrededor una "jaula". Uno de los métodos más frecuentemente utilizados es el uso de Cables de Guarda, que son colocados sobre la línea eléctrica actuando como una especie de pararrayos. Estos cables son fabricados de formas y materiales diferentes, uno de los diseños más comunes es el que consta de siete hilos entrelazados entre sí que posee una matriz o núcleo de acero y están recubiertos con aluminio. El cable de guarda también se utiliza para la colocación de señalizaciones, como por ejemplo las esferas de balizaje. Todos los elementos constructivos de una línea aérea deben ser elegidos, conformados y construidos de manera que tengan un comportamiento seguro en condiciones de servicio, bajo las condiciones climáticas, bajo tensiones de régimen y bajo corriente. El Cable de Guarda objeto de la presente investigación fracturó en el punto de unión con la esfera de balizaje, lo cual trajo como consecuencia su desprendimiento y la desconexión de la línea. El objetivo de este trabajo fue determinar la causa de falla del Cable de Guarda y proporcionar una solución adecuada para minimizar su deterioro.

6.1. MÉTODOS Y MATERIALES.

El estudio de la causa de la falla del cable de guarda se realizó siguiendo la metodología característica para el análisis de la falla de un material metálico


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Inspección visual y ubicación de la zona de falla.

Análisis Químico del cable y metalografía óptica en las zonas lejos y cerca de la falla.

Estudio fractográfico por microscopía electrónica de barrido y microanálisis por energía dispersiva en las zonas lejos y cerca de la falla.

Ensayo de microdureza. Se utilizó un penetrador Vickers y una carga de 200g, acorde a norma ASTM E- 45.

Difracción de Rayos X de los Contaminantes a fin de determinar compuestos presentes en los polvos formados en el punto de unión de la goma de neopreno y el cable de guarda.

6.2. UBICACIÓN DE LA FALLA.

En la Figura 25A se observa la zona donde falló el cable de guarda, que se ubica justamente en el punto de contacto de éste con la esfera de balizaje y goma de neopreno. En la Figura 25B se observa el cable de guarda ya fallado el cual posee dos zonas que muestran diferencias: la zona clara donde está todavía el recubrimiento y la zona oscura con fuerte ataque corrosivo.

Fig.25 A) Ubicación de la falla del cable de guarda y B) Detalle del cable de guarda fallado.

6.3. ANÁLISIS QUÍMICO Y MICROSCOPÍA ÓPTICA

El cable de guarda posee siete hilos, cada uno con una matriz de acero cuya composición pertenece a un SAE 1060 alto en silicio y manganeso (Tabla I), lo cual hace presumir que al acero se le hizo un ajuste de silicio en metalurgia secundaria.

Tabla I. Composición química de una zona lejana del sitio de falla.


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Las Figuras 26A y 26B muestran la condición lejos de la falla. En la primera se representa la deformación de los granos en sentido longitudinal a causa del proceso de conformado aplicado al alambre y en la segunda el nivel de inclusiones presente en la muestra, según la norma ASTM E-45: Silicatos muy finos _ y Óxidos de Hierro _. Estos resultados coinciden con los obtenidos para la muestra del cable guarda en la zona fallada.

Fig.26. Condición lejos de la falla del Cable Guarda) Granos deformados en la dirección

longitudinal producto del proceso de laminación (Trefilado), Atacada con Nital. B) Nivel de Inclusiones, Sin Ataque

La Figura 27A muestra las fases presentes de la matriz de acero (sustrato) del cable de guarda, donde se evidencia las fases ferrita acicular, bainita superior y perlita, y en la Figura 27B se detalla una zona con deformación de las fases presentes, posiblemente por los esfuerzos torsión presentes en el cable.

Fig.28. A) Condición alejada de la falla a 1100X y B) Fases presentes en la Matriz del cable.

En la Figura 29 se indica la sección transversal del cable guarda en la zona fallada. Es importante destacar que en esta zona, el recubrimiento de aluminio (Fig. 29A) ya no está presente y, lo que se evidencia es la presencia de una capa de óxido. En la Figura 29B se observa una gran cantidad de segregaciones de carbono posiblemente a causa de la fricción interna producida por una tensión aplicada en esta zona de la muestra (Efecto Snoek)


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Fig.29.Condición cerca de la falla del Cable de Guarda en sentido Transversal a 110X sin ataque. A) Cerca del Borde B) En el centro

6.4. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA Y MICROANÁLISIS POR ENERGÍA DISPERSIVA:

LEJOS Y CERCA DE LA FALLA.

La Figura 30A obtenidas por MEB, se evidencia el sustrato de acero y el recubrimiento de aluminio en una zona alejada de la falla. El estudio por microanálisis EDS del sustrato de acero (Fig. 30B), reveló la presencia de Fe (98.76%) y Mn (1.24%) como elementos mayoritarios.

Fig.30 A) Sección Transversal, condición Alejada de la falla. B) EDS de la matriz (Acero).

C) EDS del Recubrimiento de aluminio La Figura 31A presenta imágenes obtenidas por microscopía electrónica de barrido en modo de electrones retrodispersados de la sección transversal de las muestras en la zona de la falla, donde se evidencia la pérdida del recubrimiento de aluminio en el cable y la formación de una película de óxido de hierro y de manganeso cuyas cantidades por elemento se presentan en la Figura 31B.


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Fig.31A) Fotomicrografía de la sección transversal de la condición cerca de la falla indicando la superficie cerca del borde. B) EDS de la capa de Óxido.

Algunas hebras de este cable de guarda rompen con una fractura del tipo dúctil (Fig. 32A) por coalescencia de poros y picaduras (Fig.32B). Estos poros son formados a consecuencia de la descohesión de las inclusiones de silicato y la matriz. Las picaduras que se observan en la sección longitudinal de los hilos del cable son producidas por la presencia de los contaminantes corrosivos, siendo el principal el cloro y la presencia de humedad retenida o confinada entre en la goma de neopreno y el cable, lo cual ocasionó una corrosión localizada. Es importante destacar que las otras hebras del cable de guarda fallan más violentamente, ya que al perderse las primeras hebras disminuye el área expuesta para soportar la carga y por ende aumentan los esfuerzos sobre la sección efectiva de los hilos restantes, cediendo más fácil y violentamente los otros hilos.

Fig.32A) Fotomicrografía de la Sección Transversal en zona de fractura. B) Detalle de las picaduras presentes en la zona de fractura.

6.5. ENSAYO DE MICRODUREZA

La microdureza de la matriz tiene un valor de 108.1HNV (Alejada de la falla), lo cual significa que este acero presenta una resistencia a la tracción de aproximadamente de 36kgf/mm2. El valor de dureza en las zonas cercanas a la falla es de 104.3HNV, lo cual permite predecir un valor de resistencia a la tracción de 35kgf/mm2. En consecuencia, el material se deforma durante la falla sin endurecimiento por


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deformación, propio de una matriz muy dúctil y por lo tanto el alambre fue sometido a un proceso de recocido.

6.6. DIFRACCIÓN DE RAYOS X

En la Tabla II se reportan los resultados obtenidos en el análisis de rayos X.

Tabla. II Resultados de la difracción de rayos X de los polvos blancos atrapados en el punto de contacto entre la goma de neopreno y el cable de guarda.

A través de esta técnica se determinaron en forma cualitativa los compuestos presentes en los polvos ubicados en el punto de unión de la goma de neopreno y el cable de guarda, zona donde se produjo la falla. Se determinó la presencia de los contaminantes corrosivos, siendo el principal el cloro y la humedad retenida o confinada entre en la goma de neopreno y el cable, lo cual ocasionó una corrosión localizada.

6.7. MECANISMO DE FALLA DEL CABLE DE GUARDA

Es importante destacar que el conjunto de fuerzas a la que está sometido el cable de guarda a consecuencia del efecto de la catenaria (la curva que describe un cable que está fijo por sus dos extremos y no está sometido a otras fuerzas distintas que su propio peso), generan una fricción entre el cable, la goma de neopreno y las partículas de silicatos presentes como contaminación del ambiente, produciendo un desprendimiento del recubrimiento de aluminio y por tanto, dejando el acero base expuesto simultáneamente a los agentes atmosféricos y ambientales (cloruros, partículas de silicatos etc.) y a la humedad (electrolito) retenidos entre la goma de neopreno y el cable. Lo anterior es causante de una corrosión localizada en el acero de esta zona del cable, que origina su pérdida de espesor. Así, del ambiente se aportan iones cloruros, por otra parte el acero y el ambiente aportan partículas de silicatos. A medida que el acero va perdiendo espesor, los esfuerzos se incrementan paulatinamente. Debido a que la matriz de acero es muy blanda, los hilos del cable de guarda experimentan elongación. Por la disposición de los hilos del cable de guarda, que siguen una curva helicoidal alrededor de una hebra central, los esfuerzos producen un estiramiento y una rotación, como se puede apreciar en la naturaleza de la fractura. Todo lo anteriormente expuesto indica que se está en presencia de un mecanismo de falla combinado por corrosión-abrasión-fricción.


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Fig.33 Fotografía del Cable de Guarda que falló con una fractura del tipo dúctil

7. ÍNDICES DE SALIDAS DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN POR FALLAS DE BLINDAJE

En este apartado se presentan las relaciones entre el número de salidas por kilómetro de línea por año debidas a fallas por blindaje y el ángulo de blindaje. Estas relaciones se establecen para cada nivel de tensión. Normalmente se permite un cierto riesgo de falla del blindaje en su diseño, el cual influye en la construcción o modificación de topes o copetes en las torres para la instalación del hilo de guarda. El cálculo del índice de salidas de línea se realiza con el modelo electromagnético por medio de una computadora. Se tienen resultados válidos a nivel internacional, en donde se da el número de salidas por año por 100 km de línea en función del ángulo de blindaje.

Figura 34


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Figura 35

Las gráficas se dan para una densidad de rayos a tierra de 2 rayos/km2/año ( ), para diferentes alturas promedio del cable de guarda y diferentes niveles de aislamiento al impulso por rayo. La altura promedio del cable de guarda se calcula de la manera siguiente:

8. BIBLIOGRAFÍA

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/11999/Capitulo6.pdf

http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/2030/14/UPS-GT000021.pdf

http://www.scielo.org.ve/pdf/uct/v10n39/art14.pdf

http://www.ea1uro.com/ea1gx/CABLES-DE-GUARDA-EN-TORRES-DE-ALTA-

TENSION-Y-RAYOS.pdf

http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/electrica/5_anio/transmision_d

istribucion_energia_electrica/Proteccion_contra_sobretensiones.pdf

http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/32877/1/gomezsalazar.pdf

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