SEE 5101 Semana 5

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Diseño y construcción de líneas de transmisión aéreas

Se llama línea aérea la instalación cuya finalidad es la transmisión aérea de energía eléctrica, esto se realiza con elementos de conducción y elementos de soporte.

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ELEMENTOSDE UN SOPORTE

Fundaciones

PuestasA Tierra

Postes

Específicos

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CONDUCCIÓN

Aisladores

Accesorios(morseterias)

Conductores

Otros

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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 que normalmente es dado esperar, bajo tensiones de régimen, bajo corriente de régimen, y bajo las solicitaciones de cortocircuito esperables.

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CONDUCTORES

- Conductores metálicos desnudos.

- Presentar una baja resistencia (impedancia).

- Capaces de resistir importantes cargas mecánicas.

- Costos limitados.

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MATERIALES QUE CUMPLEN CON LOS REQUISITOS ANTERIORES:Cobre:

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Aluminio:

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Aleación de aluminio y otros metales:

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Conviene para cada caso particular investigar el metal más ventajoso, teniendo en cuenta las observaciones generales que siguen:

El conductor cableado puede realizarse con hilos del mismo metal, o de distintos metales, según cuales sean las características mecánicas y eléctricas deseadas.

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Si los hilos son del mismo diámetro, la formación obedece a la siguiente ley:

nh = 3 c² + 3c + 1

Donde:Nh = número de hilosC = número de capas.

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- Es común encontrar formaciones de 7, 19, 37, 61, 91 hilos, respectivamente 1 a 5 capas.

- En transmisión de energía eléctrica los materiales utilizados son cobre, aluminio y aleación de aluminio, pudiendo afirmarse que prácticamente no se utilizan otros materiales.

- Pese a la menor resistencia eléctrica y superiores aptitudes mecánicas el cobre ha dejado de ser utilizado en la construcción de líneas aéreas, esto es especialmente notado en alta y muy alta tensión.

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- El aluminio es el material que se ha impuesto como conductor de líneas aéreas habiendo sido superadas por la técnica las desventajas que se notaban respecto del cobre, además ayudado por un precio sensiblemente menor, y por las ventajas del menor peso para igual capacidad de transporte.

Los conductores en base a aluminio utilizados en la construcción de líneas aéreas se presentan en las siguientes formas:

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Cables homogéneos de aluminio puro (AAC)

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Cables homogéneos de aleación de aluminio (AAAC)

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Cables mixtos aluminio acero (ACSR)

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cables aislados con neutro portante (cables preensamblados)

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1) los conductores de aluminio se utilizan siempre en forma de hilos cableados, debido a que poseen mejor resistencia a las vibraciones que los conductores de un único alambre.

2) la dureza superficial de los conductores de aluminio es sensiblemente menor que para los de cobre, se los debe manipular con cuidado, además los hilos que componen el conductor deben ser de 2 mm de diámetro o mas, para que especialmente en las operaciones de tendido no se arriesguen daños graves.

3) expuestos a la intemperie se recubren rápidamente de una capa protectora de óxido insoluble y que protege al conductor contra la acción de los agentes exteriores. Pese a esto deberá prestarse atención cuando hay ciertos materiales en suspensión en la atmósfera, zonas de caleras, cementeras, etc. exigen seleccionar una aleación adecuada.

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4) ciertos suelos naturales atacan al aluminio en distintas formas, por lo que no es aconsejable utilizarlo para la puesta a tierra de las torres, al menos cuando se ignoran las reacciones que el suelo puede producir.

5) el aire marino tiene una acción de ataque muy lenta sobre el aluminio, de todos modos numerosas líneas construidas en la vecindad del mar han demostrado óptimo comportamiento, en estos casos se deben extremar las precauciones en lo que respecta al acierto en la elección de la aleación y su buen estado superficial, en general el ataque será mas lento cuanto menos defectos superficiales haya. Los defectos superficiales son punto de partida de ataques locales que pueden producir daños importantes, si no se presentan entalladuras o rebabas (que pueden ser causadas por roces durante el montaje) los hilos serán menos sensibles al ataque exterior.

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6) la temperatura de fusión del aluminio es 660 grados C (mientras el cobre funde a 1083 grados C) por lo tanto los conductores de aluminio son mas sensibles a los arcos eléctricos.

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1) Conductores HOMOGENEOS de ALUMINIO

El aluminio es, después del cobre, el metal industrial de mayor conductividad eléctrica. Esta se reduce muy rápidamente con la presencia de impurezas en el metal. Lo mismo ocurre para el cobre, por lo tanto para la fabricación de conductores se utilizan metales con un título no inferior al 99.7 %, condición esta que también asegura resistencia y protección de la corrosión.

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2) Conductores HOMOGENEOS de ALEACION de ALUMINIO

Se han puesto a punto aleaciones especiales para conductores eléctricos. Contienen pequeñas cantidades de silicio y magnesio (0.5 0.6 % aproximadamente) y gracias a una combinación de tratamientos térmicos y mecánicos adquieren una carga de ruptura que duplica la del aluminio (haciéndolos comparables al aluminio con alma de acero), perdiendo solamente un 15 % de conductividad (respecto del metal puro).

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3) Conductores MIXTOS de ALUMINIO ACERO

Estos cables se componen de un alma de acero galvanizado recubierto de una o varias capas de alambres de aluminio puro. El alma de acero asigna solamente resistencia mecánica del cable, y no es tenida en cuenta en el cálculo eléctrico del conductor

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CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS

- Módulo de elasticidad E.- Coeficiente de dilatación lineal alfa.

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SELECCIÓN DEL CONDUCTOR BAJO PARÁMETRO ELÉCTRICO

- Tensión y potencia a transportar v/s costos incrementales.- Relación torre- conductor.- Disminuir pérdidas por transporte de energía (efecto Joule y efecto corona).- no es entonces posible reducir perdidas y simultáneamente reducir el costo de la obra.- Vida útil de la obra.

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Ejemplo:Consideremos el problema de transportar una potencia de P kW a una distancia de l km, a una tensión de X volts.

Pasos a seguir:

1) establecer las perdidas Joule para cada diámetro (sección) del conductor, en términos del costo anual que se representa con una curva con forma de hipérbola en un gráfico que relaciona costo diámetro.

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2) Supuestos conocidos los costos para cada uno de los diámetros del conductor, y como esta relacionado este con el costo de instalación (torres, fundaciones, etc.), se determina el costo anual que se representa con una curva parabólica que crece uniformemente con el diámetro.

3)Con ambas curvas se determina el costo total, y repitiendo el mismo análisis para las distintas tensiones y la misma potencia P se observa un desplazamiento de la curva, hacia arriba cuando la tensión se incrementa (dentro de rangos prácticos).

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CALIBRES DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS.

- mm²- AWG

-AWG: calibre de alambre norteamericano.

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¿Cómo se determinó la escala AWG?

Se seleccionaron los diámetros más grueso, de 0,4600 pulgadas (calibre 4/0), y más delgado, de 0,0050 pulgadas (calibre 36); se determinaron 39 dimensiones entre dichos calibres. De tal suerte, que la razón entre un diámetro y el siguiente está dada por la progresión geométrica:

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¿Cómo se determinó la escala AWG?

Se seleccionaron los diámetros más grueso, de 0,4600 pulgadas (calibre 4/0), y más delgado, de 0,0050 pulgadas (calibre 36); se determinaron 39 dimensiones entre dichos calibres. De tal suerte, que la razón entre un diámetro y el siguiente está dada por la progresión geométrica:

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RESISTENCIA DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS:

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SELECCIÓN DEL CONDUCTOR BAJO PARÁMETRO ELÉCTRICO

- Tensión y potencia a transportar v/s costos incrementales.- Relación torre- conductor.- Disminuir pérdidas por transporte de energía (efecto Joule y efecto corona).- no es entonces posible reducir perdidas y simultáneamente reducir el costo de la obra.- Vida útil de la obra.

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