Instalaciones Electricas en General

7/26/2019 Instalaciones Electricas en General

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CONDUCTORES ELECTRICOS

1.-GENERALIDADES

La funcin bsica de un cable consiste en transportar energa elctrica en forma seguray confiable desde la fuente de potencia a las diferentes cargas. Existe una grancantidad de terminologa referente a este tema.

En el caso general, la figura N 2.1 muestra los componentes que pueden distinguirseen un cable.

Figura N 2.1 Partes componentes de un cable.

Mediante la ayuda de la figura N 2.1 se puede hacer una descripcin de las partes queconstituyen un cable, las cuales son:

Conductor , los cables pueden estar constituidos por un conductor (cablesmonofsicos), tres (cables trifsicos), cuatro, etc.

Aislamiento , capa de material dielctrico, que asla los conductores de distintasfases, o entre fases y tierra. Puede ser de distintos tipos, tanto de material orgnico,como inorgnico.

Capa semiconductora o barniz , se emplea para homogenizar la superficie en ladistribucin de los conductores.


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Blindaje o pantalla , cubierta metlica, que recubre el cable en toda su extensin yque sirve para confinar el campo elctrico y distribuirlo uniformemente en su interior.

Chaqueta o cubierta , de material aislante muy resistente, separa los componentesde un cable del medio exterior.

2.-CONDUCTORES

2.2.1.- Materiales

Los materiales ms usados como conductores elctricos son el cobre y el aluminio,aunque el primero es superior en caractersticas elctricas y mecnicas (laconductividad del aluminio es aproximadamente un 60% de la del cobre y suresistencia a la traccin es de un 40%), las caractersticas de bajo peso y menor costodel aluminio, han dado lugar a un amplio uso tanto para conductores desnudos comoaislados.

En la tabla N 2.1 se compara en forma general las propiedades principales de losmetales usados en la manufactura de cables. Se han incluido en esta tabla, metalesque no se utilizan directamente como conductores; por ejemplo: plomo, usado paraagregar la impermeabilidad del cable, y el acero, que se emplea como armadura paraproteccin y como elemento de soporte de la tensin mecnica.

Tabla 2.1 Caractersticas de los Metales

MetalCu. elec.Blando

Al. duroAlmelec 3/4

durezaPlomo

(alea. al)Acero

Peso Espec. [kg/dm 3] 8.89 8.89 2.7 2.7 11.35 7.8

r a 20 o C [ W km/mm2]

17.5 17.8 28.5 32.5 206 190

Temp. Fusin [ o C] 1083 1083 657 657 327 1400

Resis. Ruptura [N/mm2]

20-25 35-50 12-15 35-40 1.75 40-150

Calor Especif. [Cal/ oCg]

0.093 0.093 0.214 0.214 0.030 0.114

E [N/mm 2] 10500 12000 5600 6000 1700 18500

a a 20 C [10 -6 / o C] 17 17 23 23 29 11.5

Coef. D r con t [10 -3 / oC]

4 4 4 3.6 4.2 4

Coduc.Trmica [W/ oCcm]

3.85 3.85 2.17 1.84 0.35 0.46

En el cobre usado en conductores elctricos, se distinguen tres temples; blando,semiduro y duro; con propiedades algo diferentes, siendo el cobre blando de mayorconductibilidad y el cobre duro el de mayor resistencia mecnica.
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En la tabla N 2.2 se comparan algunas de las caractersticas ms importantes enconductores fabricados de cobre y aluminio.

Tabla 2.2 Comparacin de caractersticas entre cobre y aluminio.

Caractersticas Cobre Aluminio

Resistencia elctrica 1 1.56

Resistencia mecnica 1 0.45

Para igual volumen : relacin de pesos. 1 0.30

Para igual conductancia: relacin de reas. 1 1.64

relacin de dimetros. 1 1.27

relacin de pesos. 1 0.49

Para igual dimetro : relacin de resistencias. 1 1.61

capacidad de corriente. 1 0.78

2.2.2.- Flexibilidad

La flexibilidad de un conductor se logra de dos maneras, recociendo el material parasuavizarlo o aumentando el nmero de hebras que lo forman.

La operacin de reunir varios conductores se denomina cableado y da lugar adiferentes flexibilidades, de acuerdo con el nmero de hebras que lo forman, el peso olongitud del torcido de agrupacin y el tipo de cable.

2.2.3.- Formas

Los conductores pueden tener varias configuraciones, algunas de ellas se muestran enla figura N 2.2.

Figura N 2.2 Distintas formas de conductores.
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El conductor circular compacto ; en este tipo de conductor, las hebras que loconstituyen .tienen diferentes secciones, de modo de aprovechar mejor el espacio. Conesta construccin, se obtiene un conductor de menor dimetro y peso, que unconductor concntrico, comparando una misma seccin de cobre. Esto significaestructuras mas livianas en tendidos areos o ductos de menor dimetro en tendidosubterrneo.

El conductor sectorial; en este tipo de conductor las hebras se agrupan para ocupar unsector circular equivalente a un tercio de circunferencia. Esta forma de construccin seemplea en la fabricacin de cables trifsicos.

El cable anular; consisten en alambres trenzados helicoidalmente, en capasconcntricas, sobre un ncleo que puede ser una hlice metlica. Esta construccindisminuye el efecto Skin y por lo tanto la resistencia efectiva.

El conductor segmenta; este conductor esta formado por tres o cuatro segmentos,aislados entre si por una delgada capa de aislante, todo trenzado en conducto. Lossegmentos se conectan en paralelo. Con esto se reduce el efecto Skin. El conductor

tiene algunas ventajas en el orden dimensional, ya que se consigue una seccin menory ms econmica que los conductores anulares.

Comparando los cables conductores sectoriales, con los equivalentes de conductoresredondos, se tiene que los primeros presentan las siguientes ventajas:

Menor dimetro.

Menor peso.

Costo ms bajo.

Pero tienen en cambio estas desventajas:

Menor flexibilidad.

Mayor dificultad en la ejecucin de uniones.

La mayora de los cables utilizados en lneas de transmisin, son concntricos y estnformados por 3 - 7 - 12 - 19 - 37 - 61 - 91 - 127 hebras. Algunas de las formacionesen cables se muestran en la figura N 2.3


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Figura N 2.3 Construccin tpicas de cuerdas.

2.2.4.- Dimensiones

En el captulo 8, seccin 8.4 estn descritas las formas de denominar los calibres de losconductores elctricos, como tambin las equivalencias entre medidas.

3.- AISLACION

La funcin de la aislacin es evitar contactos involuntarios con partes energizadas delcable y encerrar la corriente elctrica en el conductor. En principio, las propiedades de

las aislaciones son con frecuencia ms que suficientes para su aplicacin, pero losefectos de la operacin, medio ambiente, envejecimiento, etc. pueden degradar alaislacin rpidamente hasta el punto en que llegue a fallar, por lo que es importanteseleccionar el ms adecuado para cada aplicacin.

En funcin del nivel de tensin, debe tomarse en cuenta ciertas condiciones deaislacin elctrica, para los distintos conductores.

Dada la diversidad de tipos de aislacin que existen para cables elctricos, elproyectista deber tener presentes las caractersticas de cada uno de ellos, para suadecuada seleccin, tanto en el aspecto tcnico como econmico. Existen para todo eluniverso de dichos aislantes, caractersticas concretas para su diferencia, las cuales se

rigen mediante los siguientes criterios:

Resistencia al calentamiento

Envejecimiento por temperatura

Resistencia al ozono y al efecto corona

Resistencia a la contaminacin
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Los materiales de aislacin ms utilizados se muestran en la siguiente clasificacin.Posteriormente se discuten las principales caractersticas de los ms utilizados.

Cloruro de polivinilo o PVC

Polietileno o PE

Caucho

Goma

Neoprn

Nylon

4.- BLINDAJE

El blindaje o pantalla est constituido por una capa conductora colocada sobre elaislante y conectada a tierra, que tiene por principal objetivo crear una superficieequipotencial para uniformar el campo elctrico radial en el dielctrico. La pantallasirve adems, para blindar al cable de campos externos y como proteccin para elpersonal, mediante su conexin efectiva a tierra. El blindaje de un cable puede sermetlico o de algn material semiconductor.

Para cables que operan en baja tensin, no se requiere del control de la distribucindel campo elctrico y por lo tanto puede prescindirse del blindaje. Sin embargo, estese usa ocasionalmente en instalaciones de baja tensin, para evitar inducciones depotencial a conductores externos, principalmente en salas de control. Para tensionessuperiores, el blindaje protege al cable de daos por efecto corona y permite unadistribucin ms uniforme del campo elctrico. Las principales causas de usar unblindaje metlico son:

Confinar el campo elctrico, entre el conductor y el blindaje.

Igualar esfuerzos de voltaje dentro de la aislacin, minimizando descargas parciales.

Proteger mejor el cable contra potenciales inducidos.

Limitar las interferencias electromagnticas o electrostticas.

. Reducir peligros por golpes externos.

Las condiciones que determinan el uso de cable blindado son:

Cuando el cable va directamente enterrado.

Cuando en la superficie del cable se pueden concentrar cantidades importantes departculas conductoras (sales qumicas, etc).


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2.4.1.- Tensiones inducidas

El problema de cuantificar y minimizar las tensiones inducidas en las pantallas de loscables de energa, se refiere fundamentalmente a los cables unipolares, ya que lasvariaciones del campo magntico en los cables tripolares se anulan a una distanciarelativamente corta del centro geomtrico de los conductores y en consecuencia, lastensiones que se inducen en sus pantallas o blindajes son tan pequeas que puedendespreciarse.

2.4.2 .- Conexin a tierra

La conexin de las pantallas a tierra es de gran importancia. Si los extremos no seconectan, se inducir en la pantalla una tensin muy cercana al potencial delconductor, en forma parecida a lo que ocurre en el secundario de un transformador;por lo que se recomienda aterrizar la pantalla, evitando peligros de choque elctrico alpersonal y posible dao al cable por efecto de sobre tensiones inducidas en laspantallas, que pudieran daar las capas de aislacin.

Usualmente las conexiones se realizan en uno o ms puntos. Al aterrizar la pantalla enun solo punto, la tensin inducida en la pantalla aumenta con la distancia al puntoaterrizado. Si el cable trabaja en estas condiciones, es importante conocer cul es latensin mxima alcanzada en el extremo no aterrizado. Esta tensin se puededeterminar en forma grfica. Al aterrizar en ambos extremos o en ms puntos lapantalla, se garantiza una tensin inducida baja a lo largo de todo el cable.

Cuando la pantalla est aterrizada en ambos extremos, la tensin inducida producir lacirculacin de corriente a travs de ella, la cual es funcin de la impedancia de lapantalla. Esta corriente inducida produce a su vez una cada de tensin que, punto apunto, es igual a la tensin inducida y el efecto neto de ambos fenmenos es nulo. Poresta razn, el potencial a tierra de las conexiones de los extremos se mantiene a lo

largo de la pantalla del cable. Por lo tanto, es conveniente aterrizar la pantalla en elmayor nmero de puntos posibles, por razones de seguridad, por si se llegara a abriralguna de las conexiones.

Esta corriente, producto de las tensiones inducidas en el cable no aterrizado, producelos siguientes efectos desfavorables en el cable:

Aumenta las prdidas.

Puede reducir notablemente la capacidad de corriente nominal de los cables, sobretodo en calibres de mayor seccin (350 MCM y mayores).

Produce calentamiento que puede llegar a daar los materiales que lo rodean(aislacin y cubierta del cable).

5.- SELECCIN DE UN CONDUCTOR

Para la seleccin de un conductor se debe tener en cuenta las consideracioneselctricas, trmicas, mecnicas y qumicas. Las principales caractersticas de cada unade ellas se pueden resumirse de la siguiente forma:
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Consideraciones elctricas: tamao (capacidad de corriente), tipo y espesor de laaislacin, nivel de tensin (baja, media o alta), capacidad dielctrica, resistencia deaislacin, factor de potencia.

Consideraciones trmicas: compatibilidad con el ambiente, dilatacin de la aislacin,resistencia trmica.

Consideraciones mecnicas: flexibilidad, tipo de chaqueta exterior, armado,resistencia impacto, abrasin, contaminacin.

Consideraciones qumicas: aceites, llamas, ozono, luz solar, cidos.

La seleccin del calibre o tamao del conductor requerido para una aplicacin, sedetermina mediante:

Corriente requerida por la carga

Cada de tensin admisible

Corrientes de cortocircuito

El problema de la determinacin de la capacidad de conduccin de corriente es unproblema de transferencia de calor. Ya sea en condiciones normales de operacin,como en sobrecargas y en cortocircuito. Por tal razn algunos autores definen estascaractersticas en conceptos de temperaturas (incremento de temperatura por efectoJoule ( I^ 2) *R ).

La verificacin del tamao o seccin transversal del conductor se puede efectuarmediante los siguientes criterios:

En base a la capacidad de corriente: se deben considerar las caractersticas de lacarga, requerimientos del NEC, efectos trmicos de la corriente de carga,calentamiento, prdidas por induccin magntica y en el dielctrico. Cuando laseleccin del tamao del cable se hace en base a este criterio, se recurre a tablasnormalizadas donde para distintos valores de corriente se especifica la seccin mnimadel conductor a emplear. Debe tenerse presente cuando los cables van canalizados, ocuando pasan por fuentes de calor. La temperatura permanente no debe exceder delvalor especificado por el fabricante, que generalmente est en el rango de 55 a 90 C.

En base a sobrecargas de emergencias: las condiciones de operacin nominales deun cable aseguran una vida til que flucta entre 20 y 30 aos. Sin embargo, enalgunos casos por condiciones de operacin especiales se debe sobrepasar el lmite de

temperaturas de servicio, por tal motivo, en perodos prolongados, disminuye as suvida til. Para este fin, IPCEA ha establecido temperaturas mximas de sobrecargapara distintos tipos de aislacin. La operacin a estas temperaturas no deben excederlas 100 horas por ao, y con un mximo de 500 horas durante toda la su vida til.Existen tablas donde, para distintos tipos de aislacin, se especifica el factor desobrecarga para casos de emergencias. Al operar bajo estas condiciones no sedisminuye la vida til del cable porque la temperatura en l se va incrementandopaulatinamente hasta alcanzar su nivel mximo de equilibrio trmico, es por esto que


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los cables admiten la posibilidad de sobrecarga. Este criterio es vlido para la seleccinde cables en media y alta tensin.

En base a la regulacin de tensin: se considera la seccin que permita una cada detensin inferior al 3% en el alimentador respecto a la tensin nominal, y que no supereal 5% en la carga ms alejada. Este criterio es aplicable en baja tensin.

En base a la corriente de cortocircuito: bajo condiciones de cortocircuito, latemperatura del cable aumenta rpidamente, y si la falla no es despejada se producirla rotura permanente del aislante. IPCEA recomienda para cada tipo de aislacin unlmite de temperatura transitoria de cortocircuito, que no debe durar ms de 10segundos.

6.- INSTALACION DE CONDUCTORES

La determinacin del tipo de instalacin de los conductores es de vital importancia,debido a que tiene gran influencia en la capacidad de conduccin de corriente. Por estarazn es necesario hacer un estudio de las condiciones de cada instalacin para podertomar la decisin ms adecuada. Los tipos de instalacin ms utilizados se describen acontinuacin.

2.6.1.- Cables directamente enterrados

La instalacin de conductores directamente enterrados se hace en lugares donde laapertura de zanjas no ocasiona molestias, donde no se tienen construcciones o dondehaya la posibilidad de abrir zanjas posteriormente para cambio de conductores,reparacin o aumento de circuitos. Este tipo de instalacin presenta algunas ventajas,

como el hecho de que estn menos expuestos a daos por curvaturas excesivas, o pordeformacin, o por tensin mecnica. La capacidad de conduccin de corriente, esmayor que en instalaciones en ductos, debido a la mayor capacidad de disipacintrmica del terreno. Otra ventaja, es que la instalacin de los conductoresdirectamente enterrados es ms rpida y segura, siendo su costo ms bajo que en otrotipo de canalizacin.

Teniendo en cuenta la edificacin y las condiciones topogrficas del lugar, latrayectoria debe ser recta en lo posible, para que la longitud de los conductores seamnima. Cuando sea necesario seguir una trayectoria curva, se debe tener cuidado queel radio de curvatura sea lo suficientemente grande para evitar el dao de losconductores durante su instalacin.

Los conductores directamente enterrados, se dispondrn en una zanja de anchosuficiente y de profundidad mnima de 45 cm., debiendo colocarse entre dos capas dearena y protegindose con una capa de mortero de cemento coloreado de 10 cm. deespesor o por ladrillos o pastelones colocados a lo largo de todo su recorrido. En zonasde trnsito de vehculo la profundidad de la zanja ser de 80 cm. como mnimo.

Las uniones y derivaciones se harn en cmaras, mufas o cajas de conexiones.
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2.6.2.- Cables en Ductos Subterrneos

Este tipo de instalacin es la ms comn, se usa en la mayora de las industrias, en lossistemas de distribucin comercial y en aquellos casos en donde se requiera una redconfigurable con rapidez (por reparacin o ampliacin).

La instalacin de conductores en ductos subterrneos es la mejor alternativa cuando elsistema de cables tenga que atravesar zonas construidas, caminos o cualquier otrositio en donde permite con facilidad cambiar o aumentar la cantidad de conductores.

Los ductos se colocaran en una zanja de ancho y profundidad suficiente, considerandoque debern ir cubiertos por un mnimo de 45 cm. de tierra de relleno, exigindoseuna profundidad mnima de 80 cm. en zonas de trnsito de vehculos.

El fondo de la excavacin debe emparejarse con una capa de arena y los ductosdebern tener una pendiente mnima de 0.25 % hacia las cmaras prximas.

Las uniones entre los ductos se harn de modo de asegurar la mxima hermeticidadposible y no debern alterar la seccin transversal interior de ellos.

Para condiciones desfavorables de resistencia mecnica del terreno, se debern tomarlas medidas necesarias para asegurar un adecuado soporte y proteccin de los ductos.

En la tabla N 2.3 se muestra el porcentaje mximo de seccin transversal del ductoque deban ocupar los conductores

Tabla N 2.3

N de conductores % Esquema

1 < 50

2 < 31

3 < 35
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2.6.3.-Conductores en lneas ereas

Al instalar lneas areas, se tratar de deslucir el paisaje lo menos posible. En laconstruccin de estas lneas se utilizan, casi exclusivamente, conductores desnudos,estos solo se aceptan en lugares de transito escaso o nulo y la distancia del conductoren su punto mas bajo con respecto al suelo ser de 5 metros [21].

Los metales utilizados en la construccin de lneas de lneas areas deben tener lassiguientes caractersticas :

Presentar una baja resistencia elctrica y bajas perdidas.

Presentar una elevada resistencia mecnica

Los conductores utilizados son el cobre, aluminio y aluminio-acero y se presentannormalmente desnudos.

Pese a la menor resistencia y superior condicin mecnica el cobre ha dejado de serutilizado en la construccin de lneas areas.

El aluminio es el material que se ha impuesto como conductor de lneas areas,habiendo superado por la tcnica las desventajas que se notaban con respecto alcobre, adems ayudado por un precio menor, y por las ventajas de menor peso paraigual capacidad de transporte.

AISLADORES

2.7.1.- Condiciones generales

Los conductores empleados en lneas areas, en la mayor parte de los casos,son desnudos; por lo tanto, se necesita aislarlos de los soportes por medio deaisladores, fabricados generalmente de porcelana o vidrio. La sujecin delaislador al poste, se realiza por medio de herrajes. Pero adems, un aisladordebe tener las caractersticas mecnicas necesarias para soportar los esfuerzosa traccin o comprensin a los que est sometido.

Teniendo en cuenta lo anteriormente expuesto, las cualidades especficas quedeben cumplir los aisladores son:

Rigidez dielctrica suficiente para que la tensin de perforacin sea lo ms

elevada posible. Esta rigidez depende de la calidad del vidrio o porcelana y delgrueso del aislador. La tensin de perforacin es la tensin con la cual sepuede producir el arco a travs de la masa del aislador.

Disposicin adecuada, de forma que la tensin de contorneamiento presentevalores elevados y por consiguiente no se produzcan descargas de contornoentre los conductores y el apoyo, a travs de los aisladores. La tensin decontorneamiento es la tensin con la cual se puede producir el arco a travs
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del aire, siguiendo la mnima distancia entre fase y tierra, es decir, el contornodel aislador. Esta distancia se llama lnea de fuga.

Resistencia mecnica adecuada para soportar los esfuerzos demandados porel conductor, por lo que la carga de rotura de un aislador debe ser por lomenos igual a la del conductor que tenga que soportar.

Resistencia a las variaciones de temperatura.

Ausencia de envejecimiento.

Los aisladores son, de todos los elementos de la lnea, aquellos en los que sepondr el mximo cuidado, tanto en su eleccin, como en su control derecepcin, colocacin y vigilancia en explotacin. En efecto, frgiles pornaturaleza, se ven sometidos a esfuerzos combinados, mecnicos, elctricos ytrmicos, colaborando todos ellos a su destruccin.

2.7.2. Materiales empleados en los aisladores

2.7.2.1.- Aisladores de porcelana

Su estructura debe ser homognea y para dificultar las adherencias de lahumedad y polvo, la superficie exterior est recubierta por una capa deesmalte. Estn fabricados con caoln y cuarzo de primera calidad.

2.7.2.2.- Aisladores de vidrio

Estn fabricados por una mezcla de arena silcea y de arena calcrea. Elmaterial es ms barato que la porcelana, pero tienen un coeficiente dedilatacin muy alto, que limita su aplicacin en lugares con cambios grandesde temperatura; la resistencia al choque es menor que en la porcelana. Sinembargo, debido a que el costo es ms reducido y su transparencia facilita elcontrol visual, hacen que sustituyan en muchos casos a los de porcelana.

2.7.2.3.- Aisladores de esteatita y resinas epoxicas

Se emplean cuando han de soportar grandes esfuerzos mecnicos, debido aque su resistencia mecnica es aproximadamente el doble que los deporcelana, y sus propiedades aislantes tambin son superiores; sin embargo,el inconveniente es que tienen mayor costo.

2.7.3.- Tipos de aisladores

2.7.3.1.- Aisladores fijos
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Estn unidos al soporte por un herraje fijo y no pueden, por consiguiente,cambiar normalmente de posicin despus de su montaje. Su forma general esla de una campana que lleva en su parte superior una garganta sobre la que sefija el conductor por una ligadura (de hilo de cobre recocido para conductoresde cobre o de hilo de aluminio para conductores a base de aluminio). Esteaislador es el ms simple y pertenece a las lneas de baja tensin.

2.7.3.2.- Aisladores en cadena o suspendidos

Estn constituidos por un nmero variable de elementos segn la tensin deservicio; estas cadenas son mviles alrededor de su punto de unin al soporte,y adems, las articulaciones entre elementos deben tener bastante libertadpara que los esfuerzos de flexin queden amortiguados; estas articulacionessuelen ser de rtula.

Este tipo de aislador es el ms empleado en media y en alta tensin, ya quepresenta las siguientes ventajas:

Permite elevar la tensin de funcionamiento con slo aumentar la longitudde la cadena, es decir, colocando ms elementos.

No se interrumpe el servicio por rotura de un aislador, ya que la cadenasigue sustentando al conductor.

Presenta una gran economa en la reparacin de las cadenas, puessolamente es necesario cambiar el elemento averiado.

Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuacin se detallan:

Caperuza-vstago, este aislador se compone de una campana de porcelanao vidrio templado, en forma de disco y que lleva en su parte inferior algunasondulaciones. En la parte superior de la campana est empotrada unacaperuza de fundicin o acero, y en su parte inferior en un hueco bastantereducido, lleva un vstago sellado al aislador. La figura N 2.4 muestra ladisposicin de los aisladores en una cadena de suspensin o en una cadena deamarre (modelos 1.512 fabricado por VICASA).
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Campana (discos), este elemento est constituido por un ncleo cilndrico deporcelana de dimetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dosfaldas anchas. La unin de los aisladores campana entre s se hace con unpequeo vstago cilndrico terminado en dos rtulas (figura N 2.5). Ladiferencia esencial entre el aislador campana y el elemento caperuza-vstago,reside en el hecho de que el primero es rigurosamente imperforable enservicio, mientras que el segundo puede, en ciertas circunstancias, perforarseantes de ser contorneado, especialmente por la accin simultnea de esfuerzosmecnicos y acciones elctricas.

Langstab , este modelo es un mejoramiento del aislador Motor y se

denomina Langstab (larga lnea de fuga). Est constituido por un largo cilindrode porcelana de 80 a 100 cm., con ondulaciones bastante profundas yterminado en dos caperuzas (figura N 2.6).

Figura N 2.5 Aislador tipo campana


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Langstab , este modelo es un mejoramiento del aislador Motor y sedenomina Langstab (larga lnea de fuga). Est constituido por un largo cilindrode porcelana de 80 a 100 cm., con ondulaciones bastante profundas yterminado en dos caperuzas (figura N 2.6).

Figura N 2.6 Aislador Langstab

2.7.3.3.- Aisladores especiales

Antiniebla, su principal caracterstica consiste en tener ondulaciones msprofundas que permitan una mayor tensin de contorneamiento.

De costa , la campana exterior es ms ancha y alta, de forma que protegecompletamente contra el roco a las faldas interiores. Los depsitos dehumedad (niebla, roco, condensacin de origen variable) lo mismo que eldepsito de cuerpos conductores extraos (humos industriales) reducenconsiderablemente la tensin de contorneamiento de los aisladores. La

proteccin ms difcil de realizar es la de lneas en regiones industriales, pueslos materiales contaminantes se introducen en todas las ranuras del aislador.

APOYOS

Se denominan apoyos a los elementos que soportan los conductores y demscomponentes de una lnea area, separndolos del terreno; estn sometidos a fuerzasde compresin y flexin, debido al peso de los materiales que sustentan y a la accindel viento sobre los mismos.

Aunque las prescripciones oficiales establecen que los postes podran ser de cualquiermaterial, siempre que se cumplan las debidas condiciones de seguridad, solamente se

utiliza la madera, el hormign y el acero.

Segn su funcin, los postes en una lnea, se pueden clasificar en:

Portantes o de suspensin (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.1), s on aquellas cuyoprincipal objeto es soportar los conductores de modo que mantengan sus distancias alsuelo. Generalmente deben resistir slo esfuerzos moderados en la direccin de lalnea. Se les emplea normalmente en alineaciones rectas y ocasionalmente en puntosde ngulos pequeos.
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Remate (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.3), se les emplea normalmente en los puntosde comienzo y termino de la lnea.

Anclaje (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.2), son los destinados a establecer puntosfijos del conductor a lo largo de la lnea para dividir sta en sectores mecnicamenteindependientes. En consecuencia, deben ser capaces de resistir esfuerzos

considerables en la direccin de la lnea. Se les emplea tanto en alineaciones rectascomo en puntos con ngulos.

Especiales (Norma NSEG 5 En.71 Art.141.4), las que adems de servir comosoportes de los conductores cumplen alguna otra funcin, como por ejemplo,estructuras de transposicin, de seccionalizacion, etc.

2.8.1. Poste de madera

Es el ms econmico de fabricacin y poco usado. Su campo de aplicacin es casiexclusivamente en lneas de baja tensin y en sectores rurales.

Normalmente los postes de madera empleados en las lneas son de pino, abeto ycastao; este ltimo es de mayor duracin, pero su precio es ms elevado y, portanto, disminuye su aplicacin. Los postes de madera debern tener en la cspide unacircunferencia no menor de 38 cm.

La vida de un apoyo de madera es relativamente corta, es aproximadamente de 10aos. Se puede llegar a doblar tal duracin, protegiendo el poste mediante tratamientocon imprimacin de creosota.

2.8.2. Poste de hormign armado

El poste de hormign armado es el ms utilizado en las lneas elctricas de baja ymedia tensin. Los postes de hormign tienen la ventaja de no necesitar conservaciny su duracin es ilimitada, pero tienen el inconveniente de que su costo es mayor quelos de madera y, como su peso es mayor, aumentan los gastos de transporte cuandono se fabrican en el lugar de emplazamiento.

Con la finalidad de mejorar las cualidades del hormign armado, la fabricacin de losmismos se lleva a cabo mediante vibracin, centrifugado y actualmente porprecomprensin.

2.8.3. Poste metlico

El metal ms empleado en la fabricacin de este poste es el acero en forma de tubo obien de perfiles laminados en L, U, T, I, etc.; en algunos casos se emplea fierro fundidoo aleaciones ligeras de aluminio-acero. Para unir los diversos perfiles se empleanremaches, tornillos, pernos y, en algunos casos, soldadura.
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CALCULO MECANICO

2.9.1.Introduccin

Se describirn los mtodos grficos que son usados para el clculo de valores de flecha

y tensiones, ya que el determinar dichos valores, es uno de los problemas que esnecesario resolver, tanto en la etapa de proyectos como de construccin de una lnea.Actualmente el uso de programas computacionales, ha reemplazado aquellos mtodosen la parte de clculo, ya que la base terica es la misma que la de los mtodosgrficos.

2.9.2.- Planteamiento de la ecuacin de la flecha

Un conductor de peso uniforme, sujeto entre dos apoyos por los puntos A y B situadosa la misma altura, forma una curva llamada catenaria. L distancia fentre el puntomas bajo situado en el centro de la curva y la recta AB, que une los apoyos , recibe elnombre de flecha. Se llama vano a la distancia aentre los dos puntos de amarre A yB (figura N 2.7).

Figura N 2.7

Los postes debern soportar las tensiones T A y T B que ejerce el conductor en lospuntos de amarre. La tensin T = T A T B depender de la longitud del vano, del

peso del conductor, de la temperatura y de las condiciones atmosfricas.

Para vanos de hasta unos 500 metros podemos comparar la forma de la catenaria a lade una parbola, lo cual ahorra unos complejos clculos matemticos, obtenidos, sinembargo, una exactitud mas que suficiente.

Calculamos a continuacin la relacin que existe entre la flecha y la tensin. Para ellosrepresentaremos el conductor de un vano centrado en unos ejes de coordenadas(figura N 2.8):
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Figura N 2.8

Consideramos un trozo de cable OC que tendr un peso propio P L aplicado en el puntomedio y estar sometido a las tensiones T O y T C aplicadas en sus extremos.

Tomando momentos respecto al punto C tendremos:

(2.1)

Por lo tanto el valor de y ser:

(2.2)

Si llamamos P al peso unitario del conductor, el peso total del conductor en el tramoOC, que hemos llamado P L , ser igual al peso unitario por la longitud del conductor,que cometiendo un pequeo error denominaremos x.

Por lo tanto admitiendo que:

(2.3)

y sustituyendo esta expresin en la frmula anterior del valor de y resulta:


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(2.4)

Si ahora consideramos el punto A correspondiente al amarre del cable en vez del puntoC, tendremos que:

(2.5)

(2.6)

Por lo tanto al sustituir queda:

(2.7)

Podemos despejar el valor de la tensin T O y tendremos que :

(2.8)

La ecuacin 2.7 nos relaciona la flecha f en funcin de la tensin T O , del peso unitariodel conductor P y de la longitud del vano a.

Si comparamos esta ecuacin de la parbola con la de la catenaria:

(2.9)

Podremos observar la complejidad de sta, y como demostraremos ms adelante, losresultados sern prcticamente iguales.

Nos interesa trabajar con la tensin T A en lugar de la empleada hasta ahora T O .Observamos el tringulo de fuerzas compuesto por T O , T A y P L (figura N 2.9):


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Figura N 2.9

y aplicando el Teorema de Pitgoras tenemos:

(2.10)

En los casos prcticos que se nos presentan en las lneas areas de alta tensin, elvalor del ngulo a formado por T O y T A es muy pequeo, por lo que podemosasegurar que T O @ T A , aproximacin que emplearemos en clculos posteriores. Estoequivale a afirmar que la tensin a lo largo del conductor es constante.

Referente a T A , podemos decir que esta tensin no debe sobrepasar nunca el valorde la carga de rotura del conductor Q , pues de lo contrario se rompera:

(2.11)

Siendo s el coeficiente de resistencia a la traccin del conductor utilizado y S la seccindel mismo.

Puesto que un conductor no debe trabajar nunca en condiciones prximas a las derotura, se deber admitir un cierto coeficiente de seguridad n tal que:

(2.12)

2.9.2.1.- Comparacin entre la catenaria y la parbola

Con un conductor HAWK calculamos las flechas para distintos vanos con un coeficientede seguridad de 4. El conductor HAWK presenta una tensin de rotura de 8.820 kg yun peso unitario de 0,975 kg/m.


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La flecha para la catenaria es:

(2.13)

La flecha para la parbola es:

(2.14)

Los valores que sustituimos son:

(2.15)

De esta forma elaboramos la tabla N 2.4, en la que aparece la longitud del vano enmetros, la flecha para la catenaria y para la parbola en metros y la diferencia entrelos dos valores expresada en tanto por ciento.

Tabla N 2.4

Vano Catenaria Parbola %

100 0.553 0.553 0.005

200 2.213 2.213 0.017

400 8.857 8.852 0.065

600 19.945 19.916 0.146800 35.499 35.406 0.261

1000 55.548 55.322 0.407

12000 80.133 79.664 0.585

1400 109.302 108.432 0.796

1600 143.111 141.624 1.038

1800 181.627 179.244 1.312

2000 224.925 221.289 1.616

Como podemos comprobar de la observacin de la tabla, es suficiente aproximacin elempleo de la parbola, sobre todo para vanos inferiores a 1000 metros.


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2.9.3.- Longitud del Conductor.

Dada la flecha que se produce en un vano, la longitud del conductor no es igual a ladistancia entre los postes. Por lo tanto, para hallar el valor exacto del conductorempleado, obtendremos la expresin de la longitud del conductor en un vano, enfuncin de la flecha y de la distancia entre los postes (figura N 2.10).

Figura N 2.10

Tomamos un elemento diferencial de longitud dl, para el que se verifica:

(2.16)

Podemos multiplicar y dividir por dx 2 :

(2.17)

Del apartado anterior sabemos que (T = T O = T A ):

(2.18)

y derivando respecto a x podemos obtener el valor de dy/dx:

(2.19)
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Por lo tanto al sustituir dx/dy en la expresin de dl 2 , nos queda:

(2.20)

Para no arrastrar expresiones llamamos a a:

(2.21)

y la expresin de dl resulta:

(2.22)

Para resolver el corchete empleamos la frmula del binomio de Newton:

(2.23)

La longitud del conductor en la mitad del vano se obtiene integrando dl desde 0 hastax:

(2.24)

Integrando cada sumando resulta:

(2.25)

Sustituyendo a por su valor queda:

(2.26)

Como x = a / 2 y la flecha es y = f queda:


24/30

(2.27)

La longitud del conductor en la totalidad del vano ser el doble que en la mitad, por lo

tanto L = 2 l, es decir:

(2.28)

Para vanos normales, slo se emplean los dos primeros trminos, pues la aproximacines ms que suficiente:

(2.29)

Teniendo en cuenta la ecuacin de la flecha:

(2.30)

La longitud total del conductor queda:

(2.31)

2.9.4.- Acciones sobre los Conductores :

Para efectuar el clculo mecnico de un conductor es fundamental conocer cules sonlas fuerzas que actan sobre el mismo. En principio, se puede pensar que la nicafuerza que acta sobre el conductor es la fuerza de tensado, pero es necesario tenerpresente que sta es la consecuencia equilibradora de las dems acciones, ya que, si elconductor estuviera en el suelo, la tensin para mantenerlo recto sera nula.

De esta forma se ve que es el peso de un conductor el que crea la tensin a la queest sometido. As pues, el primer dato que debe considerarse es su propio peso, peroadems existirn acciones importantes debidas a las inclemencias atmosfricas (hielo,fro, calor o viento).

Se divide la accin de la carga sobre los conductores en 3 partes (tabla N 2.5):

Tabla N 2.5
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Tipo carga r (mm) p (gr/cm 2)

t c K

Pesada 12.7 1.95 -17.8 0.432

Mediana 6.3 1.95 -9.5 0.283

Liviana 0 4.4 -1.1 0.074

Donde:

r : Espesor radial de la capa de hielo (figura N 2.11)

p : Presin del viento

t : Temperatura

K : Constante (factor de seguridad)

Figura N 2.11

El viento acta de forma horizontal, mientras que el peso del conductor lo haceverticalmente. Por locuaz debemos componer ambas fuerzas (figura N 2.12)

Figura N 2.12


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La resultante g' es la fuerza resultante en un conductor sometido a la accin delviento:

(2.32)

(2.33)

(2.34)

(2.35)

Donde:

g : Fuerza resultante (kg/m)

h : Componente horizontal producto de la presin del viento (kg/m)

v : Carga total vertical (kg/m)

v c : Peso propio del cable (kg/m)

v h : Peso correspondiente al hielo (kg/m)

D : Dimetro del conductor (mm)

r : Espesor radial de la capa de hielo (mm)

p : Presin del viento (gr/cm 2 )

D ebido a los cambios de temperatura, el conductor se dilata o se contrae. Esto originavariaciones en la tensin y en la flecha, que aunque no son muy importantes en vanosde pequea longitud, deberemos tenerlas en cuenta en el clculo mecnico.

El peso del conductor no depender de la temperatura, lo consideraremos constante,esto depender del viento y el hielo.

Como la dilatacin es lineal responde a la ecuacin:

(2.36)

Donde:


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L 0 : Longitud del conductor a cero grados (m)

L 1 : Longitud a la temperatura t (m)

a : Coeficiente de dilatacin lineal (C -1 )

t : Temperatura considerada (C)

Para hallar la variacin de la longitud entre dos temperaturas diferentes t 1 y t 2haremos:

(2.37)

Cuando un conductor est sometido a una determinada tensin, se produce unalargamiento de su longitud que responde a la ley de Hooke.

Llamando e al alargamiento elstico producido por un kilogramo, sobre un conductorde un metro de longitud y un milmetro cuadrado de seccin, tendremos que engeneral, el alargamiento producido por una tensin T 1 o T 2 sobre un conductor delongitud L O y seccin S ser:

(2.38)

(2.39)

(2.40)

y siendo el llamado mdulo de elasticidad , tendremos:

(2.41)

Ecuacin que nos permite saber la variacin de longitud del cable cuando estasometido a una variacin de tensin, T 1 , T 2.

Segn norma NSEG 5 E.n.71 Electricidad, instalaciones de corrientes fuertes CapituloVI lneas areas, no podrn construirse lneas areas de cualquier categora (tabla N


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8.4) sobre edificios existentes, ni hacer construcciones debajo de las lneas areasexistente.

La separacin entre un edificio o construccin y el conductor ms prximo de una lneaarea de cualquier categora, deber ser tal que no exista peligro para las personas deentrar en contacto con dicho conductor. Las separaciones mnimas permisibles sern

las siguientes:

1,30 para las lneas de la categora A.

2,00 m para las lneas de la categora B.

2,50 m + 1cm, por cada KV de tensin nominal en exceso sobre 26 KV para laslneas de la categora C.

Tabla 2.4

Categora Nivel de tensin (volts)

A < 1000

B 1000 < V < 25000

C > 25000

Si en toda la extensin de la zona expuesta, no existieran ventanas, disposiciones dearquitectura normalmente accesibles, las distancias especificadas podrn reducirse en0,50 m.

Se considerarn los conductores desviados por efecto del viento como mnimo 30 respecto de la vertical.

El trazado de las lneas de corriente fuerte ser de preferencia rectilneo, en zonaslibres de obstculos y se preocupar que la vigilancia y mantenimiento de ellas quedeasegurada por la facilidad de acceso a sus distintos puntos. En caso de que a travsdel trazado se encuentre la presencia de rboles se adoptarn las medidas siguientes:

Los rboles que estn en la proximidad de lnea reas desnudas; deben ser oderribados o bien podados peridicamente, para evitar el contacto entre las lneas y elramaje de stos.

En las lneas de categora B, la distancia entre los conductores y los rboles vecinosdeber ser tal, que no haya peligro de contacto entre dichos rboles y los conductores.En todo caso las personas que eventualmente puedan subir a ellos no debern correr

peligro de tener contacto accidental con los conductores .

En las lneas rurales de categora B, la distancia entre los conductores y los rbolesvecinos ser por lo menos de 5 m, salvo que la altura de los rboles exija una distanciamayor. En casos de divergencias resolver la Superintendencia.

En las lneas de categora C, la distancia entre los conductores y los rboles vecinosser igual a la altura de los rboles, pero no inferior a 5 m.


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Se permite la existencia de rboles frutales debajo de las lneas de las categoras Bo C, siempre que las caractersticas de crecimiento de los rboles y el manejo que deellos haga el propietario de ellos garantice que su altura no sobrepase 4 m sobre elsuelo.

En Resumen (figura N 2.4):

Figura N 2.3

Donde:

Zona 1 : Se prohbe la construccin de cualquier inmueble y

plantaciones que pongan en peligro la lnea

Zona 2 : Se restringe la plantaciones o cultivos de rboles que pongan

en peligro la lnea elctrica

Ancho de Servidumbre : Ab1 + An1 + Af1 + Ae + Af2 + An2 + Ab2

En general se cumple:


30/30

An1=An2=An : Ancho exigido por norma (Art.109) que depende dela tensin de la lnea

Af1=Af2=Af : Ancho debido a la desviacin del conductor, dependede la flecha

Ab1=Ab2=Ab : Ancho de proteccin arbreo

Ae : Distancia entre los conductores mas separados enuna estructuraF : Flecha del conductor

H : Altura al punto mas bajo de la lnea

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Instalaciones Electricas en General