CONDUCTORES

“Año de la Integración Nacional y reconocimiento de Nuestra Diversidad”

CÁTEDRA:

FUNDAMENTOS DE INGENIERIA ELECTRICA

CATEDRÁTICO:

ING. HUGO LOZANO NUÑEZ

ALUMNOS:

ARANA ZEVALLOS, Alexis ARAUCO TINOCO, Michael GARAY ROJAS, Lonely MEZA SOLIS, Kid SIUCE MORENO, Efrain

Huancayo - Perú2012

INTRODUCCIÓN

1

“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ”

El tema de conductores autoportantes, viene a ser un tema de sumo interés para

todo estudiante de Ingeniería Eléctrica, ya que nos brindara los conocimientos

necesarios y útiles para lograr el buen desenvolvimiento del estudiante para temas

sucesivos a este, tales como líneas de transmisión y distribución, y para el empleo

de esta teoría ya sea en su vida laboral o solo como cultura general.

El presente trabajo dará a conocer los aspectos más resaltantes de los

conductores autoportantes, tales como: la temperatura de operación, las tensiones

de diseño y las respectivas precauciones en cada caso.

En cuanto a los métodos para hallar ya sea tensiones, resistencias o reactancias

inductivas, se mostrara los cálculos correspondientes a cada uno.

En el presente trabajo también se mostrara los tipos de conductores autoportantes

más comunes y los accesorios (con sus respectivas dimensiones), utilizados para

una debida instalación del conductor. Así también se mostraran algunos cuadros

ilustrativos, más figurativos que todo estudiante de ingeniería eléctrica debe tener

en cuenta. Y como la seguridad siempre está presente, el trabajo contiene las

distancias mínimas de seguridad del conductor.

RESUMEN

2

Un conductor autoportante está especialmente concebido para tramos

relativamente cortos, adopta una configuración cilíndrica y está constituido

mediante un núcleo (materializado en un cable de acero, hierro u otro material

mecánicamente resistente) capaz de soportar su propio peso y el del componente

electroconductor.

Los tipos de conductores autoportanes más comunes son: el autoportante de

alumino, utilizado en Redes aéreas de distribución secundaria, de bajo costo y

aislamiento completo en zonas urbanas y rurales; y el de cobre utilizado en Redes

aéreas de distribución secundaria, de aislamiento completo, especialmente para

zonas corrosivas.

Dentro de los accesorios para cables autoportantes encontraremos al gancho de

suspensión, a la mordaza de suspensión, a la plancha gancho de suspensión

(para pared y para poste), conector de empalme, entre otros.

Al final se mostrara el cuadro de parámetros y factores de caída de tensión de los

cables autoportantes, algunos cuadros de diversas características solo respecto

al conductor autoportante de aluminio y por último los tipos de estructura de

extremo de línea con conductores autoportantes en redes secundarias de acuerdo

a la dirección ejecutiva de proyectos del Ministerio de Energía y Minas.

INDICE

3

INTRODUCCION 2

RESUMEN 3

CONTENIDO

CAPITULO 1: CALCULOS ELECTRICOS

1.1 Calculo de caída de tensión 5

1.2 Calculo de la resistencia eléctrica del conductor 6

1.3 Calculo de la reactancia inductiva 6

1.4 Factor de potencia 7

1.5 Factor de simultaneidad 7

1.6 Distancias mínimas del conductor a superficie del terreno 8

CAPITULO 2: CALCULOS MECANICOS DE

CONDUCTORES AUTOPORTANTES

2.1 Objeto 8

2.2 Características de los cables autoportantes 8

2.3 Hipótesis de estado 9

2.4 Esfuerzos mecánicos en el conductor portante 10

2.5 Cálculo de cambio de estado 11

CAPITULO 3: TIPOS DE AUTOPORTANTES MAS COMUNES

3.1 Autoportante de aluminio 11

3.2 Autoportante de cobre 13

CONCLUSIONES 14

RECOMENDACIONES 15

ANEXOS 16

CABLE AUTOPORTANTE

4

Especialmente concebido para tramos relativamente cortos, adopta una

configuración cilíndrica y está constituido mediante un alma o núcleo,

materializado en un cable de acero, hierro u otro material mecánicamente

resistente, capaz de soportar su propio peso y el del componente

electroconductor, núcleo rodeado por el citado componente electroconductor que

adopta una configuración tubular y que está estructurado a base de filásticas

convencionales, es decir arrolladas helicoidalmente, pero convenientemente

trenzadas entre sí para constituir el citado cuerpo tubular y cilíndrico.

CAPITULO 1: CÁLCULOS ELÉCTRICOS

1.1 CÁLCULO DE CAÍDA DE TENSIÓN

La fórmula para calcular redes aéreas es la siguiente:

∆V = K x I x L x 10

-3

Donde:

I = Corriente que recorre el circuito, en A

L = Longitud del tramo, en m

K = Factor de caída de tensión

Para circuitos trifásicos:

K=√3 (r1 cosα + X1 senα)

Para circuitos monofásicos:

K= 2 (r2 cosα + X2 senα)

Los factores de caída de tensión se muestran en el cuadro N° 1.

1.2 CÁLCULO DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL CONDUCTOR

5

r40°C = r20°C [1 + α (t2 - 20)]

Donde:

r40° C= resistencia eléctrica del conductor a 40° C

r20° C= resistencia eléctrica del conductor a 20 °C

α = Coeficiente de corrección de temperatura 1/°C : 0,0036

t2 = 40 °C

Las resistencias eléctricas de los conductores de fase y del portante, se

muestran en el Cuadro N° 1.

1.3 CÁLCULO DE LA REACTANCIA INDUCTIVA

Donde:

DMG = Distancia media geométrica

RMG = Radio medio geométrico

En el cuadro N° 1 se muestra las reactancias inductivas para cada

configuración de conductores.

CUADRO NO 1

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PARAMETROS Y FACTORES DE CAIDA DE TENSION DE LOS CABLES

AUTOPORTANTES

1.4 FACTOR DE POTENCIA (Cos φ):

- Para cargas de servicio particular 1,00

- Para cargas de alumbrado público 0,90

1.5 FACTOR DE SIMULTANEIDAD

- Cargas de servicio particular 0,50

- Cargas de alumbrado público 1,00

7

1.6 DISTANCIA MÍNIMAS DEL CONDUCTOR A SUPERFICIE DEL

TERRENO

- En lugares accesibles sólo a peatones : 5,0 m

- En zonas no accesibles a vehículos o personas : 3,0 m

- En lugares con circulación de maquinaria agrícola: 6,0 m

- A lo largo de calles y caminos en zonas urbanas : 6,0 m

CAPITULO 2: CÁLCULOS MECÁNICOS DE CONDUCTORES

AUTOPORTANTES

2.1 OBJETO

Los cálculos mecánicos tienen la finalidad de determinar las tensiones y

flechas en las diversas condiciones de operación.

2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS CABLES AUTOPORTANTES

8

2.3 HIPOTESIS DE ESTADO

Las hipótesis de estado para los cálculos mecánicos del conductor se definen

sobre la base de los factores meteorológicos.

- Velocidad del Viento

- Temperatura

- Hielo

Sobre la base de la zonificación del territorio del Perú, definir las Hipótesis de

estado según el Código Nacional de Electricidad Suministro y SENAMHI; a

continuación las hipótesis base ha considerar para el cálculo:

HIPOTESIS N° 1: CONDICION DE MAYOR DURACION (EDS)

- Temperatura : Media anual (entre 15 y 25 °C, salvo

excepciones)

- Velocidad de viento : Nula

- Sobrecarga de hielo : Nula

HIPÓTESIS N° 2: DE MÍNIMA TEMPERATURA Y MÁXIMA VELOCIDAD

- Temperatura : Mínima

- Velocidad de viento : Máxima

- Sobrecarga de hielo : Nula

9

HIPÓTESIS N° 3: DE MÁXIMA TEMPERATURA

- Temperatura : 40 °C

- Velocidad de viento : Nula

- Sobrecarga de hielo : Nula

HIPÓTESIS N° 4: DE MÁXIMA CARGA DE HIELO

- Temperatura : Mínima

- Velocidad de viento : 50 % de la Velocidad Máxima

- Sobrecarga de hielo : 6 mm de espesor

En el caso que los Consultores, luego de evaluar las condiciones climáticas

particulares en el ámbito de cada proyecto, encontraran diferencias significativas

respecto a las condiciones consignadas aquí, se pueden plantear las

modificaciones pertinentes.

2.4 ESFUERZOS MECÁNICOS EN EL CONDUCTOR PORTANTE

- El esfuerzo del conductor portante de aleación de aluminio será en todos los

casos, de 52,3 N/mm², aproximadamente 18% del esfuerzo de rotura del

conductor.

- El esfuerzo máximo del conductor no superará 176 N/mm².

- Cuando, debido a la presencia de hielo, los esfuerzos en el conductor portante

sobrepasaran lo máximo establecido, el consultor podrá adoptar un esfuerzo EDS

menor a 52,3 N/mm².

10

2.5 CÁLCULO DE CAMBIO DE ESTADO

Los cálculos de cambio de estado se han efectuado mediante la ecuación cúbica

cuya expresión matemática es:

Donde:

Ti = Esfuerzo horizontal en el conductor para la condición i, en N/mm².

D = Vano de cálculo, en m.

E = Módulo de elasticidad final del conductor, en N/mm²

S = Sección del conductor en mm²

Wi = Carga en el conductor en la condición i

ti = Temperatura en la condición i

α = Coeficiente de dilatación (1/°C)

Las longitudes de vanos serán calculadas según la normatividad y necesidades

de las aplicaciones.

CAPITULO 3: TIPOS DE AUTOPORTANTES MAS COMUNES

3.1 AUTOPORTANTE DE ALUMINIO

DESCRIPCION:

Cable formado por un conjunto de varios conductores cableados de aluminio puro,

cada uno aislado con polietileno reticulado (XLPE) y reunidos alrededor de un

elemento portante.

11

CAAI:   El portante es de aleación de aluminio, que cumple también la función de

neutro. Si el portante es desnudo se le antepone ND y si es aislado se le

antepone NA.

CAAI-S:   El portante es de acero galvanizado grado EHS, aislado con XLPE

Norma de Fabricación:   NTP 370.254

APLICACIONES:

Redes aéreas de distribución secundaria, de bajo costo y aislamiento completo en

zonas urbanas y rurales. Se instalan es postes o adosados a muros. No requieren

el uso de aisladores. Temperatura de Operación: 90°C.Se instalan tanto en postes

como adosados a muros, en ambos casos, con los debidos accesorios.

TENSIÓN DE DISEÑO

U0 / U = 0,6/1 KV

TEMPERATURA DE OPERACIÓN

90º C en el conductor, para operación continua.

130ºC en condiciones de emergencia.

250ºC en condiciones de corto circuito.

PRECAUCIONES ESPECIALES

Se recomienda no emplear estos cables en zonas de ambiente salino o

contaminado, dada la escasa resistencia a la corrosión del aluminio.

12

Las derivaciones y conexiones con cables de cobre deben hacerse mediante el

empleo de técnicas adecuadas.

Durante las labores de instalación debe cuidarse de no dañar la superficie del

cable.

3.2 AUTOPORTANTE DE COBRE

DESCRIPCION:

Cable formado por un conjunto de varios conductores cableados de cobre suave,

cada uno aislado con polietileno reticulado (XLPE) y reunidos alrededor de

un elemento portante aislado con XLPE.

CAI:   El portante es cableado de cobre duro, que cumple también la función de

conductor neutro.

CAI-S:   El portante es de acero galvanizado grado EHS.

Norma de fabricación:

NTP 370.254

APLICACIONES:

Redes aéreas de distribución secundaria, de aislamiento completo, especialmente

para zonas corrosivas. Se instalan en postes o adosados a muros. No requieren

el uso de aisladores.

Temperatura de Operación: 90°C.

13

CONCLUSIONES

Con estos pequeños conceptos y cuadros iterativos podemos decir que los

conductores autoportantes son esenciales en todas las instalaciones eléctricas y

más que todo en aquellas que se hacen en las zonas rurales, y muy importantes

ya que también algunas veces pueden servir de neutro.

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RECOMENDACIONES

Podemos decir que para una instalación segura debemos tomar en cuenta que

tipo de materiales se esta usando por ejemplo los conductores autoportantes

saber su origen de procedencia, y calidad de producto que se esta empleando en

la obra, las distancias minimas para poder conectar los conductores, las

temperaturas promedio que puede soportar cada uno de ellos como también la

altitud.

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ANEXOS

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ANEXO N°1: ACCESORIOS PARA CABLES AUTOPORTANTES

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PRECIOS EN EL MERCADO

Cables Eléctricos Autoportantes y de Aluminio

Carrete de Conductor de Al de 25 mm2 por 250mts Precio S/. 220.60

Carrete de Conductor Autoportante 2x16/25 por 536ml Precio S/. 1624.93

Carrete de Conductor Autoportante 2x16/25 por 136ml Precio S/.412.29

Carrete de Conductor  Autoportante 1x 16/25 por 518ml Precio: S/.1029.89

Carrete de Conductor Autoportante 1X16+16/25 por 700ml Precio: S/.2127.41

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Carrete de Conductor de  Al de 25 mm2 por 492ml Precio: S/.434.14

Carrete de Conductor Autoportante 1X16+25 por 400ml Precio: S/.795.28

*Marcas Indeco y Phelp Dodge

ANEXO N°2: ESTRUCTURAS DE DISEÑO

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