metodologÍa para la repotenciaciÓn de lÍneas …
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EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA UNIVERSIDAD DEL PAIacuteS VASCO
BILBOKO INGENIARITZA GOI ESKOLA TEKNIKOA
ESCUELA TEacuteCNICA SUPERIOR DE INGENIERIacuteA DE BILBAO
eman ta zabal zazu
METODOLOGIacuteA PARA LA REPOTENCIACIOacuteN DE LIacuteNEAS ELEacuteCTRICAS AEacuteREAS MEDIANTE
CONDUCTORES DE ALTAS PRESTACIONES TEacuteRMICAS Y FLECHA PEQUENtildeA
MEMORIA
QUE PARA OPTAR AL GRADO DE
DOCTOR POR LA UNIVERSIDAD DEL PAIacuteS VASCO
PRESENTA
D Igor Albizu Florez
DIRECTOR
Prof Dr D Aacutengel Javier Mazoacuten Sainz-Maza
1
IacuteNDICE
CAPIacuteTULO 1 INTRODUCCIOacuteN 7
11 Antecedentes 7 12 Objetivos y alcance de la tesis 8
CAPIacuteTULO 2 REPOTENCIACIOacuteN DE LIacuteNEAS ELEacuteCTRICAS AEacuteREAS 11
21 Introduccioacuten 11 22 Meacutetodos tradicionales de repotenciacioacuten 12
221 Aumento de seccioacuten 13 222 Elevacioacuten de tensioacuten 15
23 Maximizacioacuten de la corriente de liacutenea 18 231 Temperatura maacutexima admisible 19 232 Meacutetodo determiniacutestico de caacutelculo de ampacidad 20 233 Caacutelculo probabiliacutestico 21 234 Monitorizacioacuten en tiempo real 22
24 Repotenciacioacuten mediante el aumento de temperatura admisible 29 25 Repotenciacioacuten mediante cambio de conductores 29 26 Conclusiones 31
CAPIacuteTULO 3 CONDUCTORES DE ALTAS PRESTACIONES TEacuteRMICAS Y FLECHA PEQUENtildeA 33
31 Introduccioacuten 33 32 Conductores de aluminio recocido con nuacutecleo de acero - ACSS 36
321 Estructura y materiales 37 322 Herrajes y accesorios 42 323 Proceso de instalacioacuten 44 324 Mantenimiento 45
33 Conductores de aluminio de altas prestaciones teacutermicas con nuacutecleo de invar -
ZTACIR XTACIRTW 45 331 Estructura y materiales 46 332 Herrajes y accesorios 50 333 Proceso de instalacioacuten 51 334 Mantenimiento 51
34 Conductores tipo gap con primera capa de aluminio formada por alambres
trapezoidales ndash G(Z)TACSR 51 341 Estructura y materiales 54 342 Herrajes y accesorios 56 343 Proceso de instalacioacuten 59 344 Mantenimiento 61
2
35 Conductores de aluminio de altas prestaciones teacutermicas con nuacutecleo de
composite de fibras de alumina con matriz de aluminio - ZTACCR 62 351 Estructura y materiales 62 352 Herrajes y accesorios 64 353 Proceso de instalacioacuten 66
36 Conductores de aluminio recocido con nuacutecleo de composite de fibras de vidrio
y carbono con matriz de resina - ACCCTW 66 361 Estructura y materiales 67 362 Herrajes y accesorios 68 363 Proceso de instalacioacuten 71
37 Comparacioacuten entre conductores 71 371 Estructura 72 372 Prestaciones teacutermicas 72 373 Expansioacuten teacutermica 73 374 Resistencia a la traccioacuten 74 375 Resistencia eleacutectrica 79 376 Proceso de instalacioacuten 81 377 Herrajes y accesorios 82
38 Conclusiones 86
CAPIacuteTULO 4 ESTADO DEL ARTE DEL CAacuteLCULO MECAacuteNICO DE CONDUCTORES AEacuteREOS 87
41 Introduccioacuten 87 42 Geometriacutea del vano 90
421 Ecuacioacuten de la catenaria 90 422 Aproximacioacuten de la paraacutebola 93 423 Efecto del viento y el hielo 94
43 Comportamiento del conductor 96 431 Deformacioacuten elaacutestica 97 432 Expansioacuten teacutermica 98 433 Fluencia 98 434 Aflojamiento del aluminio en conductores compuestos Temperatura de transicioacuten 105
44 Vano regulador 106 45 Meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico de conductores 107
451 Meacutetodo que considera al conductor en su conjunto y determina el valor de la fluencia por
experiencia 109 452 Meacutetodos que consideran un comportamiento independiente del nuacutecleo y aluminio y determinan
el valor de la fluencia experimentalmente 110 453 Fluencia en los meacutetodos de caacutelculo descritos 117
46 Incertidumbre asociada al caacutelculo mecaacutenico 120 47 Conclusiones 121
3
CAPIacuteTULO 5 ESTADO DEL ARTE DEL CAacuteLCULO TEacuteRMICO DE CONDUCTORES AEacuteREOS 123
51 Introduccioacuten 123 52 Ecuacioacuten de balance teacutermico 124
521 Reacutegimen permanente 124 522 Reacutegimen transitorio 124 523 Calentamiento asociado a la corriente eleacutectrica 124 524 Calentamiento por radiacioacuten solar 127 525 Enfriamiento por efecto del viento 129 526 Enfriamiento por radiacioacuten 132 527 Incertidumbre asociada al caacutelculo teacutermico 132
53 Peacuterdidas por efecto pelicular y peacuterdidas magneacuteticas 133 531 Peacuterdidas por efecto pelicular 133 532 Peacuterdidas magneacuteticas 135
54 Conclusiones 138
CAPIacuteTULO 6 INCONVENIENTES DE LAS METODOLOGIacuteAS DE CAacuteLCULO EXISTENTES EN SU APLICACIOacuteN A CONDUCTORES DE ALTAS PRESTACIONES TEacuteRMICAS Y FLECHA PEQUENtildeA 139
61 Introduccioacuten 139 62 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo mecaacutenico 139
621 Caacutelculo mecaacutenico aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea 139 622 Meacutetodo graacutefico ALCOA 144 623 Meacutetodo que considera al conductor en su conjunto y determina el valor de la fluencia por
experiencia 150 63 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo teacutermico 152
631 Caacutelculo teacutermico aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea 152 632 Meacutetodo CIGRE 152 633 Meacutetodo IEEE 153
64 Conclusiones 153
CAPIacuteTULO 7 METODOLOGIacuteA PROPUESTA PARA CUANTIFICAR LA REPOTENCIACIOacuteN MEDIANTE LA SUSTITUCIOacuteN POR CONDUCTORES DE ALTAS PRESTACIONES TEacuteRMICAS Y FLECHA PEQUENtildeA 155
71 Introduccioacuten 155 72 Metodologiacutea propuesta para la cuantificacioacuten de la repotenciacioacuten 155
721 Datos de partida 155 722 Pasos a seguir para la cuantificacioacuten de la repotenciacioacuten 157
73 Datos del conductor necesarios para realizar el caacutelculo mecaacutenico 163 731 Curvas de esfuerzo-deformacioacuten 163
4
732 Curvas de fluencia 166 74 Metodologiacutea propuesta para el caacutelculo mecaacutenico 172
741 Meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico propuesto aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea 181 75 Metodologiacutea propuesta para el caacutelculo teacutermico 183
751 Meacutetodo de caacutelculo teacutermico propuesto aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea 186 76 Ejemplo de aplicacioacuten Repotenciacioacuten de liacutenea de 132 kV Alcira-Gandia de
Iberdrola 187 761 Caracteriacutesticas de la liacutenea 187 762 Conductores para la repotenciacioacuten 187 763 Datos de partida 187 764 Caacutelculo mecaacutenico 189 765 Caacutelculo teacutermico 191
77 Ejemplo de aplicacioacuten ampliado 192 771 Influencia de la temperatura de instalacioacuten 192 772 Coeficiente de expansioacuten variable 193 773 Momento en el que se dan las condiciones meteoroloacutegicas adversas 194 774 Reposo durante la instalacioacuten en conductores tipo gap 195 775 Reposo durante la instalacioacuten en conductores no tipo gap 196 776 Fluencia a alta temperatura 197 777 Pretensado de conductores ACSS198
78 Conclusiones 199
CAPIacuteTULO 8 ANAacuteLISIS DE LA METODOLOGIacuteA PROPUESTA 201
81 Introduccioacuten 201 82 Ejemplo de caacutelculo 202
821 Caacutelculo mecaacutenico 202 822 Caacutelculo teacutermico 206
83 Comparacioacuten del meacutetodo propuesto con el meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico que
considera al conductor en su conjunto 207 831 Diferencias cualitativas entre los meacutetodos 207 832 Diferencias cuantitativas entre los meacutetodos mediante ejemplos de caacutelculo 208 833 Conclusiones 212
84 Comparacioacuten del meacutetodo propuesto con el meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico
ALCOA 212 841 Diferencias cualitativas entre los meacutetodos 212 842 Diferencias cuantitativas entre los meacutetodos mediante ejemplos de caacutelculo 214 843 Conclusiones 223
85 Comparacioacuten del meacutetodo propuesto con los meacutetodos de caacutelculo teacutermico 224 851 Diferencias cualitativas entre los meacutetodos 224 852 Diferencias cuantitativas entre los meacutetodos mediante ejemplos de caacutelculo 225
5
86 Conclusiones 226
CAPIacuteTULO 9 CONCLUSIONES 227
REFERENCIAS231
ANEXO Ejemplo de aplicacioacuten Repotenciacioacuten de liacutenea de 132 kV Alcira-Gandia de Iberdrola247
6
Capiacutetulo 1 Introduccioacuten
7
CAPIacuteTULO 1 INTRODUCCIOacuteN
11 Antecedentes
Diferentes tipos de conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea han
sido desarrollados y utilizados de forma habitual durante los uacuteltimos treinta antildeos en
paiacuteses como Japoacuten y Estados Unidos En Europa se ha optado por conductores
tradicionales como el ACSR o conductores de aleacioacuten de aluminio Sin embargo esta
situacioacuten puede cambiar en el futuro debido a la confluencia de varias circunstancias
que hacen atractiva la utilizacioacuten de los conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea Las claves estaacuten relacionadas con la necesidad de aumentar la
capacidad de transporte de la red y con las dificultades asociadas con este aumento
Factores como el aumento de consumo y la liberalizacioacuten del sector han llevado a la
saturacioacuten de la red en algunas de sus liacuteneas La construccioacuten de nuevas liacuteneas puede
llevar varios antildeos debido fundamentalmente a la dificultad de la obtencioacuten de los
derechos de paso Asiacute con objeto de aumentar la capacidad de transporte a corto
plazo la opcioacuten maacutes praacutectica es la repotenciacioacuten de las liacuteneas existentes
Tradicionalmente esta repotenciacioacuten se ha realizado mediante la sustitucioacuten de los
conductores por otros de seccioacuten mayor o en caso de requerir una repotenciacioacuten auacuten
mayor mediante la elevacioacuten de la tensioacuten de la liacutenea Los meacutetodos tradicionales
implican un aumento de los esfuerzos y un refuerzo de los apoyos y cimentaciones Esto
conlleva un coste asociado a los refuerzos Tambieacuten determina un cierto tiempo de
actuacioacuten debido por una parte a la obtencioacuten de los permisos de cambios en las liacuteneas
y por otra a la realizacioacuten fiacutesica de refuerzo de apoyos y cimentaciones
En este contexto la sustitucioacuten de los conductores por otros de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea se presenta como una alternativa que tiene varias ventajas
frente a los meacutetodos de repotenciacioacuten tradicionales La principal virtud de la sustitucioacuten
por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea es que la
repotenciacioacuten se puede obtener sin necesidad de una actuacioacuten sobre los apoyos Asiacute
como los apoyos no se modifican no es necesario obtener permisos de cambios en las
liacuteneas y la actuacioacuten es maacutes raacutepida La sustitucioacuten de los conductores se entiende como
un simple trabajo de mantenimiento en la liacutenea Ademaacutes tambieacuten se ahorra el tiempo y
coste asociado al refuerzo de apoyos y cimentaciones En conclusioacuten la repotenciacioacuten
es maacutes raacutepida y se ahorran los costes de refuerzo de apoyos y cimentaciones
Capiacutetulo 1 Introduccioacuten
8
La eleccioacuten de una determinada opcioacuten de repotenciacioacuten depende de varios factores
La condicioacuten de las instalaciones a repotenciar las caracteriacutesticas de la necesidad de
aumento de potencia las restricciones presupuestarias las restricciones de tiempo y las
dificultades asociadas a los descargos son factores que determinan el meacutetodo empleado
en la repotenciacioacuten En el caso de la sustitucioacuten de los conductores por otros de altas
prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea hay que considerar tambieacuten el aumento de las
peacuterdidas eleacutectricas asociadas a la utilizacioacuten de estos conductores con altos valores de
intensidad de corriente y temperatura
12 Objetivos y alcance de la tesis
Uno de los factores fundamentales a la hora de elegir una opcioacuten es el valor de
repotenciacioacuten que ofrece En el caso de los conductores de altas prestaciones teacutermicas
y flecha pequentildea la repotenciacioacuten viene limitada por el liacutemite de flecha y el liacutemite de
carga mecaacutenica de los apoyos El liacutemite de flecha determina la maacutexima temperatura
admisible del conductor y eacutesta la ampacidad o maacutexima corriente admisible en funcioacuten de
las condiciones climatoloacutegicas consideradas La relacioacuten entre la flecha y la temperatura
del conductor se obtiene mediante caacutelculo mecaacutenico y la relacioacuten entre la temperatura y
la ampacidad o corriente maacutexima admisible mediante caacutelculo teacutermico (Fig 11)
Fig 11 Objeto de estudio de la tesis
El objetivo de la presente tesis es proponer una nueva metodologiacutea de caacutelculo con el
objeto de cuantificar la repotenciacioacuten obtenida de la forma maacutes correcta posible Esta
metodologiacutea permitiraacute a las compantildeiacuteas eleacutectricas calcular el aumento de intensidad
obtenido al sustituir los conductores en las liacuteneas aeacutereas mediante cualquiera de los
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea disponibles en el mercado
Para este fin se hace necesario revisar los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico y teacutermico de
conductores considerando su aplicacioacuten a conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea
Capiacutetulo 1 Introduccioacuten
9
Esta tesis estaacute estructurada en 9 capiacutetulos
En el Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas se analizan las diversas
opciones existentes para aumentar la potencia en liacuteneas aeacutereas Los meacutetodos se
comparan entre siacute en funcioacuten del valor de la repotenciacioacuten obtenida las peacuterdidas de
potencia las caracteriacutesticas de la actuacioacuten su coste y el tiempo requerido Se concluye
que la sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea es
una alternativa frente al meacutetodo tradicional de sustitucioacuten de los conductores por otros
de seccioacuten mayor
En el Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea se
analizan las caracteriacutesticas de este tipo de conductores Se presentan los diversos tipos
existentes y se estudian aspectos como su estructura caracteriacutesticas teacutecnicas lugar
donde se vienen usando nuacutemero de kiloacutemetros instalados proceso de instalacioacuten y
herrajes y accesorios especiales
En el Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos se
describen las principales magnitudes relacionadas con el caacutelculo mecaacutenico y que afectan
a la geometriacutea del vano y al comportamiento del conductor Posteriormente se analizan
los meacutetodos de caacutelculo principales y se describe la modelizacioacuten que realizan sobre las
citadas magnitudes
En el Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos se analiza la
ecuacioacuten de balance teacutermico que determina la temperatura del conductor en funcioacuten de
sus caracteriacutesticas de la intensidad de corriente y de las condiciones meteoroloacutegicas
En el Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su
aplicacioacuten a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea se analizan
los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico y teacutermico teniendo en cuenta las particularidades de
los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
En el Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la
sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea se describe
la metodologiacutea propuesta La metodologiacutea se ha dividido en diversos pasos con objeto
de que se visualice de forma clara Tambieacuten se definen los paraacutemetros cuyo valor es
necesario conocer para realizar el caacutelculo Finalmente se realiza un ejemplo de
aplicacioacuten
Capiacutetulo 1 Introduccioacuten
10
En el Capiacutetulo 8 Verificacioacuten de la metodologiacutea para cuantificar la repotenciacioacuten
mediante la sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha
pequentildea se comparan los resultados obtenidos mediante la metodologiacutea propuesta con
los obtenidos mediante otros meacutetodos que se utilizan habitualmente
En el Capiacutetulo 9 Conclusiones se resumen las principales tareas realizadas en la tesis y
se definen varias liacuteneas de trabajo futuras
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
11
CAPIacuteTULO 2 REPOTENCIACIOacuteN DE LIacuteNEAS ELEacuteCTRICAS AEacuteREAS
21 Introduccioacuten
El flujo de potencia en las liacuteneas eleacutectricas aeacutereas tanto de transporte como de
distribucioacuten ha aumentado considerablemente en los uacuteltimos tiempos Debido a ello el
flujo de potencia en numerosas liacuteneas se aproxima al liacutemite maacuteximo de ampacidad Si
este liacutemite maacuteximo se supera la reduccioacuten de las distancias entre el conductor y el
suelo puede superar los liacutemites permitidos con el consecuente peligro para la seguridad
puacuteblica La saturacioacuten de la red eleacutectrica se podriacutea aliviar con la construccioacuten de
nuevas liacuteneas Sin embargo las dificultades de construccioacuten de nuevas liacuteneas son
numerosas Por lo tanto el aprovechamiento de los derechos de paso y la
repotenciacioacuten de las liacuteneas existentes se muestra como una atractiva y necesaria
alternativa
Existen varias razones que justifican el incremento de la potencia transmitida en las
liacuteneas eleacutectricas Por una parte el desarrollo tecnoloacutegico y el aumento en la calidad de
vida han llevado a una demanda creciente de energiacutea eleacutectrica Por otra parte la
liberalizacioacuten de la generacioacuten eleacutectrica y los consecuentes cambios en los
generadores conectados al sistema eleacutectrico ha producido cambios importantes en el
flujo de potencia a traveacutes de la red de transporte Ademaacutes la generacioacuten distribuida
conectada al sistema de distribucioacuten ha influido en el flujo de potencia a traveacutes de las
liacuteneas de distribucioacuten
Debido a la liberalizacioacuten del sector eleacutectrico es posible que la energiacutea eleacutectrica se
transmita a traveacutes de liacuteneas que no estaban originalmente disentildeadas para altos valores
de flujo de potencia Asiacute en el Reino Unido donde la competencia en el mercado de
generacioacuten se introdujo en 1990 la instalacioacuten de centrales de nuevas tecnologiacuteas
como el ciclo combinado y el cierre de centrales de tecnologiacuteas maacutes antiguas como las
de carboacuten han llevado a un cambio importante en la distribucioacuten del flujo de potencia a
traveacutes de las liacuteneas de transporte [HOF04] Circuitos que previamente no transportaban
mucha energiacutea se han convertido en cuellos de botella para el sistema Ademaacutes los
sistemas de generacioacuten requieren una conexioacuten a la red lo maacutes raacutepida posible de forma
que no se toma el suficiente tiempo para una correcta planificacioacuten de la red
Generalmente las liacuteneas a las que se conectan estas centrales estaacuten por debajo de la
capacidad ideal Es responsabilidad de los sistemas de transporte y distribucioacuten la de
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
12
facilitar la competencia entre generadores daacutendoles la oportunidad de conectarse
donde elijan y proporcionando un intercambio sin restricciones entre generadores y
consumidores Si la red eleacutectrica no es capaz de realizar esta labor el resultado es el
de la congestioacuten de liacuteneas y la consecuente necesidad de restricciones teacutecnicas en la
generacioacuten Asiacute se reduce la eficiencia del mercado eleacutectrico y se aumenta el coste de
la energiacutea
Como resultado del aumento del flujo de potencia eleacutectrica es posible que algunas
liacuteneas superen su liacutemite de ampacidad La ampacidad es aquella corriente que asegura
el mantenimiento de los criterios de disentildeo y seguridad de una liacutenea eleacutectrica [CIG244]
Junto con las condiciones climatoloacutegicas el valor de la corriente condiciona el valor de
la temperatura del conductor El alargamiento del conductor asociado al aumento de
temperatura puede ser peligroso por la reduccioacuten de la distancia entre el conductor y el
suelo u otras liacuteneas que se crucen por debajo Ademaacutes puede producir la peacuterdida de
propiedades mecaacutenicas (annealing) y la fluencia a alta temperatura del conductor junto
con una disminucioacuten de la capacidad de las grapas de compresioacuten Por todo ello es
importante mantener la corriente de las liacuteneas por debajo de su limite de ampacidad
Una opcioacuten para mejorar las redes eleacutectricas es la de construir nuevas liacutenea eleacutectricas
Sin embargo la gran densidad de poblacioacuten el uso intensivo del suelo y el rechazo
creciente ante nuevas instalaciones eleacutectricas reducen el espacio disponible para la
construccioacuten de nuevas liacuteneas En este sentido la legislacioacuten existente en la actualidad
que afecta a la construccioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas establece un amplio nuacutemero de
condicionantes sobre permisos informacioacuten puacuteblica de proyectos presentacioacuten de
alegaciones y sobre todo medioambientales En numerosos casos el periodo que
puede transcurrir desde que se detecta la necesidad de la instalacioacuten de una liacutenea
hasta que la misma se pone en servicio puede superar la decena de antildeos Por lo
tanto el aprovechamiento oacuteptimo y la repotenciacioacuten de las liacuteneas aeacutereas existentes se
presentan necesarios para mejorar las prestaciones de las redes eleacutectricas
22 Meacutetodos tradicionales de repotenciacioacuten
Las estrategias de repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas se pueden clasificar en dos tipos
bull Repotenciacioacuten mediante aumento de ampacidad
bull Repotenciacioacuten mediante elevacioacuten de tensioacuten
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
13
En la repotenciacioacuten mediante aumento de ampacidad la tensioacuten de servicio
permanece invariable Se trata de aumentar la ampacidad es decir la maacutexima
corriente admisible de la liacutenea manteniendo las condiciones de seguridad requeridas
Tradicionalmente el aumento de corriente se ha conseguido aumentando la seccioacuten
conductora a traveacutes del incremento del nuacutemero de conductores que componen la liacutenea
La repotenciacioacuten mediante elevacioacuten de tensioacuten se basa en elevar la tensioacuten de
servicio a un nivel maacutes alto Esta opcioacuten permite conseguir incrementos considerables
en la potencia maacutexima de la liacutenea
221 Aumento de seccioacuten
El aumento de la seccioacuten de los conductores reduce la resistencia eleacutectrica Como
consecuencia el calor disipado por efecto Joule se reduce para cierto valor de
corriente O visto de otra forma para disipar el mismo calor hace falta una intensidad
de corriente mayor Por lo tanto aumenta el valor de la ampacidad
Para aumentar la seccioacuten conductora basta con sustituir el conductor existente por otro
de mayor seccioacuten Sin embargo lo mas habitual es aumentar el nuacutemero de
conductores por fase Un par de ejemplos se presentan en la Tabla 21
Tabla 21 Casos reales de aumento de seccioacuten
Caso real Tensioacuten
(kV)
Conductor
Original
Nuevo
Conductor
A1 [KIE98] 380 2 ACSR 56050 4 ACSR 26535
A2 [SAN04] 132 1 ACSR Hen 2 ACSR Hawk
En la Tabla 22 se observan los aumentos de potencia obtenidos en los casos
presentados y el ahorro que se obtiene respecto a la construccioacuten de una liacutenea nueva
Tabla 22 Aumento de potencia y ahorro respecto a liacutenea nueva
Caso real Aumento
Potencia ()
Ahorro respecto a liacutenea nueva ()
A1 [KIE98] 31 53
A2 [SAN04] 100 ---
La sustitucioacuten de los conductores implica una serie de cambios en el sistema de
aislamiento en los apoyos y en la cimentacioacuten Los aisladores deben adaptarse a la
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
14
nueva configuracioacuten de conductores en caso del aumento del nuacutemero de conductores
El aumento de seccioacuten implica aumento de peso de los conductores Por ello los
esfuerzos a los que se someten los apoyos aumentan y en muchos casos resulta
necesario reforzar tanto los apoyos como la cimentacioacuten
2211 Aisladores
Cuando se incrementa el nuacutemero de conductores el balanceo del haz suele ser mayor
con lo que puede que las distancias horizontales existentes no sean suficientes para
garantizar la seguridad Si hay necesidad de respetar el derecho de paso y no es
posible aumentar la separacioacuten horizontal se utiliza un sistema de aislamiento que
limita el balanceo lateral de la nueva configuracioacuten de conductores Este es el caso del
ejemplo A1 donde se instala un sistema de aislamiento tipo V asimeacutetrico con objeto de
limitar el balanceo lateral del nuevo haz de cuatro conductores
2212 Refuerzo de los apoyos
El aumento de los esfuerzos en los apoyos obliga a analizar la capacidad de eacutestos En
caso de que los esfuerzos a los que se ven sometidos superen su capacidad se debe
proceder a su refuerzo Si el refuerzo no es suficiente y como uacuteltima opcioacuten se
realizaraacute a la sustitucioacuten del apoyo Asiacute en el ejemplo A2 los apoyos que son
metaacutelicos de celosiacutea requieren ser reforzados En los apoyos de alineacioacuten se antildeaden
nuevos angulares en las patas del tramo base En los apoyos de aacutengulo y en los de
anclaje los nuevos angulares de las patas se antildeaden en toda la extensioacuten del apoyo y se
sustituyen algunos elementos diagonales que componen la celosiacutea De forma similar en el
ejemplo A1 los apoyos que tambieacuten son metaacutelicos de celosiacutea precisan de refuerzo
Las fuerzas de compresioacuten a los que son sometidas las patas aumentan en un 13
Por ello se antildeade un nuevo angular a las patas en toda la extensioacuten del apoyo
2213 Refuerzo de las cimentaciones
La cimentacioacuten tambieacuten requiere ser revisada ante el aumento de los esfuerzos
transmitidos Asiacute la revisioacuten efectuada tanto en A1 como en A2 determina la necesidad
de reforzar varias cimentaciones En A2 se utiliza un meacutetodo de caacutelculo que permite
evaluar la necesidad de reforzamiento En A1 las cimentaciones son testadas en
campo con objeto de obtener resultados maacutes reales
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
15
222 Elevacioacuten de tensioacuten
En el caso de que el valor de la corriente en una liacutenea se aproxime al liacutemite de
ampacidad el elevar la tensioacuten de servicio reduce la corriente de forma que aumenta el
margen respecto al liacutemite de ampacidad
Por otra parte la elevacioacuten de tensioacuten se puede utilizar tambieacuten en los casos en que la
limitacioacuten de la liacutenea sea causada por caiacutedas de tensioacuten o por problemas de
estabilidad Al elevar la tensioacuten de la liacutenea y por tanto reducirse la corriente para un
valor de potencia dado las caiacutedas de tensioacuten y las peacuterdidas se reducen Por ello la
elevacioacuten de tensioacuten es una opcioacuten vaacutelida en el caso de que la potencia transmitida
esteacute restringida por cuestiones de valores de tensioacuten en el sistema Ademaacutes la
capacidad de potencia maacutexima de una liacutenea es proporcional al cuadrado de la tensioacuten
Por ello la elevacioacuten de tensioacuten es tambieacuten una opcioacuten vaacutelida en el caso de que la
potencia transmitida esteacute restringida por cuestiones de estabilidad del sistema
Los costes asociados a esta solucioacuten son elevados Es necesario aumentar el nivel de
aislamiento y generalmente hay que realizar cambios en los apoyos Ademaacutes de los
cambios requeridos en las liacuteneas es necesario tambieacuten adaptar a la nueva tensioacuten el
equipamiento de las posiciones en las subestaciones Por ello la repotenciacioacuten
basada en la elevacioacuten de tensioacuten requiere de un estudio previo exhaustivo que
determinaraacute en cada caso su viabilidad [SHA71]
Con objeto de incrementar el aumento de potencia junto con la elevacioacuten de la tensioacuten
es bastante comuacuten aumentar la seccioacuten de los conductores Asiacute entre los ejemplos de
elevacioacuten de tensioacuten presentados en la Tabla 23 en varios de ellos (B1 B3 B4 B6
B7) se opta tambieacuten por el aumento de seccioacuten En la Tabla 24 se observan los
aumentos de potencia obtenidos en los casos presentados y el ahorro que se obtiene
respecto a la construccioacuten de una liacutenea nueva
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
16
Tabla 23 Casos reales de elevacioacuten de tensioacuten
Caso real Tensioacuten Original
(kV)
Nueva Tensioacuten
(kV) Conductor Original Nuevo Conductor
B1 [LAR67] [BRO72] 115 230 1 ACSR
2668 kcmil 267
1 ACSR
795 kcmil 247
B2 [HAN91] 115 230 1 ACSR
954 kcmil 547 Igual
B3 [HAN91] 230 345 1 ACSR
1272 kcmil 457
2 ACSR
1272 kcmil 457
B4 [HAN91] 230 345 1 ACSR
1272 kcmil 457
2 ACSR
1272 kcmil 457
B5 [HAN91] 230 500 --- 3 ACSRTW
1565 kcmil 367
B6 [KIE98] 220 380 2 ACSR 24040 3 ACSR 34030
B7 [KIE98] 220 380 2 ACSR 24040 3 ACSR 34030
B8 [VIN00] 66 220 1 ACSR Condor Igual
Tabla 24 Aumento de potencia y ahorro respecto a liacutenea nueva
Caso real Aumento Potencia () Ahorro respecto a
liacutenea nueva ()
B2 [HAN91] --- 40
B3 [HAN91] --- 45
B4 [HAN91] --- 45
B5 [HAN91] --- 50
B6 [KIE98] 217 32
B7 [KIE98] 200 42
B8 [VIN00] 233 40
2221 Aisladores
La elevacioacuten de la tensioacuten de liacutenea implica que el nivel de aislamiento debe
incrementarse Esto se traduce en aisladores maacutes largos que reducen la distancia
vertical entre los conductores y el suelo Para compensarlo se pueden tomar diversas
medidas como la elevacioacuten del punto de conexioacuten de los conductores (casos B1 B2 y
B5) o el aumento de la traccioacuten mecaacutenica de tendido El aumento de la traccioacuten
mecaacutenica de tendido aumenta los esfuerzos sobre los apoyos y cimentaciones La
elevacioacuten del punto de conexioacuten implica cambios en la estructura
Ademaacutes el aumento de tensioacuten de liacutenea y de la longitud de la cadena de aisladores
hace que las distancias existentes entre fases yo entre fases y apoyos de la
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
17
configuracioacuten original a veces no sean suficientes para garantizar la seguridad En los
casos B2 a B6 utilizan aisladores que limitan el movimiento de los conductores
2222 Refuerzo de los apoyos
El aumento de los esfuerzos en los apoyos obliga a analizar la capacidad de eacutestos En
caso de que los esfuerzos a los que se ven sometidos superen su capacidad se debe
proceder a su refuerzo Si el refuerzo no es suficiente y como uacuteltima opcioacuten se
realizaraacute a la sustitucioacuten del apoyo En B1 los apoyos que son de madera han sido
reforzados Se ha reforzado la parte superior de los apoyos la celosiacutea metaacutelica y el
anclaje en la base En B2 varios apoyos de alineacioacuten han sido sustituidos por otros
nuevos y otros han sido reemplazados por apoyos de aacutengulo o de anclaje Ademaacutes se
han antildeadido maacutes apoyos de anclaje para reforzar la liacutenea En B4 el aumento de los
esfuerzos hace que los apoyos requieran ser reforzados Los apoyos son metaacutelicos de
celosiacutea Se ha optado por convertir los apoyos existentes en apoyos de 6 patas
Algunos apoyos de anclaje y aacutengulo han tenido que ser sustituidos En B5 los apoyos
han sido reforzados Algunos apoyos de anclaje y aacutengulo han tenido que ser
sustituidos En B8 en varios apoyos de alineacioacuten las cabezas convencionales han
sido sustituidas por cabezas compactas Estas cabezas compactas disponen de
aisladores composite revestidos de goma de silicona y de un dispositivo articulado que
elimina los esfuerzos longitudinales transmitidos al apoyo Esto ha permitido
aprovechar los fustes de 54 apoyos de alineacioacuten No obstante 7 apoyos de alineacioacuten
han sido reemplazados para aumentar las distancias entre fase y tierra Ademaacutes
tambieacuten ha sido necesaria la sustitucioacuten de 17 apoyos de aacutengulo y anclaje
2223 Refuerzo de las cimentaciones
La cimentacioacuten tambieacuten requiere ser revisada ante el aumento de los esfuerzos
transmitidos En B5 la mayoriacutea de los cimientos han sido reemplazados por nuevos
cimientos En B6 los cimientos han sido reforzados
2224 Campo eleacutectrico
Otro de los inconvenientes asociados al aumento de tensioacuten es el aumento del campo
eleacutectrico y el riesgo de aparicioacuten de efecto corona Es necesario que los valores de
campo eleacutectrico y ruido audible se ajusten a la normativa existente Con este objetivo
se puede aumentar el nuacutemero de conductores del haz Pero esto no es siempre
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
18
necesario Asiacute en B8 no es necesario reemplazar el conductor debido a que el
utilizado en 66 kV (ACSR Condor) es compatible para 220 kV sin problemas de efecto
corona
23 Maximizacioacuten de la corriente de liacutenea
Para cumplir los criterios de disentildeo y seguridad la corriente de liacutenea debe ser menor
que el liacutemite de ampacidad La ampacidad es el valor de corriente que resulta en la
temperatura maacutexima admisible del conductor La temperatura maacutexima admisible
generalmente viene determinada por el liacutemite de flecha aunque tambieacuten estaacute limitada
por el liacutemite de temperatura del conductor asociado a la peacuterdida de propiedades
mecaacutenicas y por el liacutemite de temperatura de grapas herrajes y aisladores A partir de la
temperatura maacutexima admisible la corriente que resulta en dicha temperatura depende
de las condiciones climatoloacutegicas tales como velocidad y direccioacuten de viento
temperatura ambiente y radiacioacuten solar Por lo tanto la ampacidad no es un valor
constante sino que depende de las condiciones climatoloacutegicas del momento
Tradicionalmente la ampacidad ha sido calculada a partir de supuestos de
determinados valores altos de temperatura ambiente y radiacioacuten solar y determinado
valor bajo de velocidad de viento Se conoce como meacutetodo determiniacutestico de caacutelculo de
ampacidad y representa la peor situacioacuten climatoloacutegica que pudiera producirse desde el
punto de vista de la ampacidad Sin embargo la mayor parte del tiempo las
condiciones climatoloacutegicas son maacutes favorables y el valor de la ampacidad es mayor
que el obtenido a partir del meacutetodo determiniacutestico Dicho de otro modo cuando la
corriente alcanza el valor limite obtenido a partir del meacutetodo determiniacutestico lo maacutes
probable es que la temperatura del conductor esteacute por debajo de la maacutexima
temperatura admisible del conductor
Por ello se han desarrollado meacutetodos para poder aumentar el liacutemite de corriente por
encima del liacutemite de corriente determiniacutestico Algunos de estos meacutetodos se basan en el
anaacutelisis probabiliacutestico de las condiciones climatoloacutegicas y los perfiles de carga de las
liacuteneas para calcular la probabilidad de sobrepasar determinado liacutemite de ampacidad
Otros meacutetodos se basan en la monitorizacioacuten on-line de la temperatura traccioacuten o
flecha del vano para determinar el valor de ampacidad en tiempo real
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
19
231 Temperatura maacutexima admisible
Por una parte la temperatura maacutexima admisible de una liacutenea estaacute limitada por la
temperatura maacutexima admisible por sus elementos El elemento que limita la
temperatura suele ser el conductor aunque las caracteriacutesticas de las grapas y
accesorios debe tambieacuten tenerse en cuenta Por otra parte la distancia vertical maacutexima
admisible al suelo o a cruzamientos inferiores tambieacuten limita la temperatura maacutexima La
razoacuten es que cuando la temperatura aumenta el aumento de flecha reduce esta
distancia vertical Entre los dos factores que limitan la maacutexima temperatura admisible
temperatura del conductor y liacutemite de flecha es generalmente el liacutemite de flecha el que
supone una mayor restriccioacuten de temperatura [TUN00] [CAU02] [HOF04] [DEV04]
Seguacuten un estudio realizado por CIGRE [CIG294] el 79 de las compantildeiacuteas
consultadas establecen el liacutemite de ampacidad en funcioacuten del liacutemite de flecha mientras
que solo el 9 lo establece en funcioacuten de la peacuterdida de propiedades mecaacutenicas del
conductor
2311 Liacutemite de temperatura impuesto por el conductor
Son varios los aspectos que limitan la temperatura en un conductor Una excesiva
temperatura en los alambres metaacutelicos que forman un conductor aeacutereo trenzado puede
hacer que pierdan la resistencia mecaacutenica Esto es conocido como annealing Si
ocurre aumenta el riesgo de rotura del conductor Otro efecto negativo de la alta
temperatura estaacute relacionado con la degradacioacuten del recubrimiento de los alambres de
acero del nuacutecleo En el caso de conductores de nuacutecleo de composite eacuteste se degrada
si se sobrepasa determinada temperatura
La temperatura a la cual comienza a producirse el annealing depende del material y del
proceso de fabricacioacuten del alambre En principio para los alambres de aluminio duro el
annealing se produce a partir de 90 degC mientras que para los alambres de acero esta
temperatura ronda los 300 degC Por lo tanto los alambres de aluminio son los que
imponen el liacutemite de temperatura del conductor en caso de conductores compuestos
como el ACSR Los alambres de aluminio fabricados con aluminio proveniente de un
proceso de fundicioacuten continua son menos susceptibles al annealing que aquellos
fabricados mediante el estiramiento de aluminio proveniente de un proceso de
laminacioacuten Por encima de la temperatura liacutemite la peacuterdida de resistencia mecaacutenica
depende de la temperatura y del tiempo que esteacute a dicha temperatura [HAR72]
[CIG95] [MOR79] [MOR96] [JAK00] [GOR63] [BEE63] A mayor temperatura y
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
20
mayor tiempo mayor peacuterdida de resistencia mecaacutenica Ademaacutes la peacuterdida de
resistencia es acumulativa de forma que se produce cada vez que se supera la
temperatura liacutemite
Para poder soportar mayores temperaturas se han desarrollado aleaciones de
aluminio especiales que son capaces de soportar dichas temperaturas sin peacuterdida de
resistencia mecaacutenica y manteniendo la conductividad eleacutectrica [KAW91] Asiacute la
aleacioacuten TAl puede soportar hasta 150 ordmC y la aleacioacuten ZTAl hasta 210 ordmC Otra
alternativa es la utilizacioacuten del aluminio recocido que se suele recocer por encima de
400 ordmC en el proceso de produccioacuten Por ello tiene una baja resistencia mecaacutenica pero
las temperaturas de servicio del conductor no le producen una peacuterdida de resistencia
mecaacutenica adicional
Con lo que respecta al deterioro del revestimiento de los alambres de acero este liacutemite
es de 245 ordmC para el acero galvanizado y 260 ordmC para el acero recubierto de aluminio
[ADA74] El acero recubierto de galfan puede soportar temperaturas mayores El galfan
es una aleacioacuten de zinc con un 5 de aluminio y trazas de mischmetal (aleacioacuten de
elementos raros)
En el composite empleado en el ACCCTW el problema surge con la cristalizacioacuten que
sufre la resina Por ello no se recomienda que la temperatura supere los 175 ordmC Por
otra parte el composite utilizado en el conductor ZTACCR no utiliza resina sino
aluminio para aglutinar las fibras por lo que la temperatura maacutexima que puede soportar
es considerablemente mayor de hasta 300 ordmC
232 Meacutetodo determiniacutestico de caacutelculo de ampacidad
A partir de la temperatura maacutexima admisible el meacutetodo determiniacutestico calcula la
ampacidad a partir de la suposicioacuten de valores desfavorables de velocidad de viento
temperatura ambiente y radiacioacuten solar Estos valores fueron determinados en los antildeos
sesenta y setenta basados en consideraciones conservadoras El caacutelculo de
ampacidad se realiza a traveacutes del meacutetodo CIGREacute [CIG207] o el Standard IEEE
[IEEE738] que relacionan las variables meteoroloacutegicas la intensidad de corriente y la
temperatura del conductor Los resultados que se obtienen son muy parecidos
La mayoriacutea de compantildeiacuteas asume valores de viento de 05-06 ms Sin embargo
algunas compantildeiacuteas recientemente han aumentado este valor a 09-12 ms con objeto
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
21
de aumentar el liacutemite de ampacidad a coste cero Esto se realiza sin evaluar los riesgos
y en consecuencia la temperatura puede superar la maacutexima admisible durante ciertos
periodos de tiempo En [CIG299] tanto CIGREacute como IEEE recomiendan considerar un
valor de viento de 06 ms una temperatura ambiente proacutexima a la temperatura maacutexima
anual y un valor de radiacioacuten solar de 1000 Wm2
233 Caacutelculo probabiliacutestico
A partir de medidas climatoloacutegicas reales de la zona donde estaacute instalada la liacutenea el
caacutelculo probabiliacutestico determina la ampacidad a partir del tiempo en que se podriacutea
superar la temperatura maacutexima admisible o del riesgo de que ocurra una determinada
situacioacuten no deseada Algunos de estos meacutetodos se describen en [CIG96] y se
muestran algunos ejemplos de aplicacioacuten en [PRI83] [SEP93b] [MCE00] [CAU02]
Estos ejemplos corresponden a diversos paiacuteses como Reino Unido [PRI83] USA
[SEP93b] [MCE00] e Italia [CAU02] Los resultados muestran que el liacutemite de
ampacidad resultante es mayor mediante el caacutelculo probabiliacutestico que mediante el
meacutetodo determiniacutestico Ademaacutes se controla el riesgo que se toma
El caacutelculo probabiliacutestico determina la distribucioacuten de ampacidad a partir de la
temperatura maacutexima admisible y teniendo en cuenta la distribucioacuten de las variables
meteoroloacutegicas durante cierto periodo de tiempo generalmente un antildeo Se define el
porcentaje de tiempo admisible de excedencia de ampacidad y se obtiene el valor
liacutemite de ampacidad Un ejemplo detallado del meacutetodo se muestra en [PRI83] donde se
define una excedencia del 10 En [MCE00] suponiendo una excedencia del 1 se
obtiene un incremento del 15 sobre el liacutemite determiniacutestico El significado del valor
de excedencia es que si la corriente fuese durante todo el tiempo igual al liacutemite fijado
debido a las condiciones climatoloacutegicas se superariacutea la temperatura maacutexima admisible
durante el tiempo de excedencia fijado Sin embargo esto no significa que en la
realidad se supere la temperatura maacutexima admisible durante ese tiempo pues hay otros
factores a tener en cuenta como el nivel de carga de la liacutenea o la ocurrencia de
contingencias en la red Por tanto se determina la probabilidad de que coincidan
condiciones climatoloacutegicas desfavorables con niveles altos de carga o contingencias
Asiacute los meacutetodos basados en el riesgo de que ocurra una determinada situacioacuten no
deseada calculan la probabilidad de que ocurra para un determinado valor de corriente
Se va variando el valor de la corriente hasta que el valor de probabilidad obtenido
coincide con el valor previamente elegido Por ejemplo en [PRI83] para un valor de
excedencia del 10 y teniendo en cuenta la frecuencia de ocurrencia de
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
22
contingencias 20 minutos en 5 antildeos la probabilidad de superar la temperatura maacutexima
admisible es 510-7 En [CAU02] la probabilidad que se pone como liacutemite para superar
la temperatura maacutexima admisible es de 3510-5
234 Monitorizacioacuten en tiempo real
La monitorizacioacuten en tiempo real permite determinar la situacioacuten de la liacutenea en un
momento dado y calcular el liacutemite real de ampacidad en ese momento [STE00b]
[CIG01] El liacutemite de ampacidad generalmente es debido al liacutemite de flecha que se
puede asociar a un determinado valor de temperatura del conductor Sin embargo en
algunos casos cuando el liacutemite esteacute determinado por la peacuterdida de resistencia
mecaacutenica el paraacutemetro determinante es la temperatura del conductor El paraacutemetro a
monitorizar flecha o temperatura se puede medir directamente u obtenerse mediante
el caacutelculo a partir de la medida de otros paraacutemetros Asiacute hay sistemas que monitorizan
la flecha del vano la traccioacuten mecaacutenica del conductor la temperatura del conductor o
las condiciones climatoloacutegicas
Generalmente el propoacutesito de la monitorizacioacuten no se limita a determinar la situacioacuten
de la liacutenea sino que tiene como objeto cuantificar el valor de la ampacidad Es decir no
se limita a verificar que la flecha o la temperatura del conductor estaacuten por debajo del
liacutemite sino que determina el valor de la corriente que hariacutea que la flecha o la
temperatura estuviera en su valor liacutemite La ampacidad es el valor maacutes interesante
desde el punto de vista de la compantildeiacutea eleacutectrica que opera la liacutenea
En este sentido hay varias posibilidades desde el punto de vista de sistemas de
monitorizacioacuten La opcioacuten maacutes sencilla es la monitorizacioacuten de las condiciones
climatoloacutegicas que mediante caacutelculo permite determinar la temperatura del conductor
de forma que el liacutemite de ampacidad se calcula como aquella corriente que hace que la
temperatura sea igual a la temperatura liacutemite Este sistema de monitorizacioacuten tiene una
determinada incertidumbre debido a que las condiciones especialmente el viento
pueden variar entre los vanos de la liacutenea y la estacioacuten meteoroloacutegica Por lo tanto hay
una incertidumbre en el caacutelculo de la temperatura Por ello otra opcioacuten es monitorizar
directamente la temperatura superficial del conductor Esto reduce la incertidumbre al
tener una medida directa pero va a seguir habiendo una incertidumbre debido a que la
medida de temperatura es puntual y es posible que otros puntos de la liacutenea tengan
valores de temperatura diferentes Sin embargo la medida de temperatura por si sola
no permite determinar la ampacidad Es necesario contar con los datos climatoloacutegicos
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
23
pues la misma temperatura del conductor se puede alcanzar un diacutea de invierno con un
valor alto de corriente que un diacutea de verano con un valor pequentildeo de corriente y
evidentemente la ampacidad no es la misma en ambos casos No hace falta conocer
todos los datos climatoloacutegicos pues suponiendo que se conoce el valor de la corriente
si uno de ellos es incoacutegnita se puede deducir de la temperatura del conductor que se
estaacute monitorizando Generalmente se monitoriza la temperatura ambiente y la radiacioacuten
solar bien en una estacioacuten meteoroloacutegica cercana o bien mediante sensores instalados
en un punto lo maacutes cercano posible al sensor de temperatura y se calcula la velocidad
de viento que incide sobre el conductor Por uacuteltimo como generalmente el liacutemite de
ampacidad viene determinado por el liacutemite de flecha la monitorizacioacuten de la flecha o la
traccioacuten que se convierte con bastante exactitud en flecha mediante caacutelculo es un
sistema de medida maacutes directo Ademaacutes asiacute como la medida de temperatura es una
medida puntual y puede haber variaciones a lo largo del vano o conjunto de vanos el
valor de la traccioacuten o flecha medida representa la media de las condiciones del
conductor a lo largo del conjunto de vanos entre apoyos de amarre De todas formas
para determinar la ampacidad seraacute necesario tambieacuten contar con las variables
meteoroloacutegicas
El aumento del liacutemite de ampacidad respecto al liacutemite determiniacutestico tiene como valor
medio un valor alrededor del 10 [STE04] Sin embargo en momentos puntuales con
condiciones meteoroloacutegicas favorables el aumento puede ser considerablemente
mayor incluso por encima del 100
La monitorizacioacuten en tiempo real se comenzoacute a desarrollar alrededor de los antildeos
ochenta donde se realizaron diversos trabajos teoacutericos y praacutecticos sobre las
posibilidades de la monitorizacioacuten en tiempo real [DAV77] [FOS83] [RAM87]
[CALL88] [HAL88] [FOS88] [FOS90] [CHU92] Posteriormente en los noventa
destaca el trabajo realizado por la institucioacuten americana Electric Power Research
Institute EPRI [DOU96] [DOU97] [DOU99] [DOU00a] y la empresa The Valley Group
comercializadora del sistema de monitorizacioacuten basado en traccioacuten [SEP93a] [SEP94]
[SEP95] [SEP98] [SEP00] [SEP02] Fruto de este trabajo es la utilidad DTCR
(Dynamic Thermal Circuit Rating) de EPRI que consiste en un programa software para
el caacutelculo de ampacidad en tiempo real que se adapta a diversos tipos de sistemas de
monitorizacioacuten
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
24
2341 Medida de datos climatoloacutegicos
La monitorizacioacuten de la liacutenea a partir de la medida de datos climatoloacutegicos es el sistema
maacutes sencillo y menos invasivo pues el sistema de medida no tiene porqueacute colocarse
fiacutesicamente en la liacutenea sino que basta con que esteacute cerca de ella Por ello y
aprovechando estaciones meteoroloacutegicas instaladas en subestaciones o en las
proximidades de las liacuteneas la monitorizacioacuten online de condiciones climatoloacutegicas es
faacutecil de implementar
Tiene el inconveniente de que las condiciones en la liacutenea especialmente el viento
pueden diferir de las medidas debido a las variaciones en el terreno arboledas que
mitigan el viento etc Por ello los resultados obtenidos tienen una incertidumbre que
puede ser considerable seguacuten el caso
Otro inconveniente es que los anemoacutemetros giratorios pueden tener errores de medida
en valores bajos de velocidad de viento por debajo de 1 ms [BEE63] por lo que existe
una incertidumbre adicional Este rango es precisamente el maacutes desfavorable desde el
punto de vista de la ampacidad
Por uacuteltimo debe tenerse en cuenta los posible errores asociados a la estimacioacuten de la
flecha a partir de la temperatura Por una parte puede haber un error debido al meacutetodo
de caacutelculo por otra parte puede que la condicioacuten de referencia a partir de la que se
realiza el caacutelculo y que asocia un valor de temperatura a una determinada flecha no se
corresponda exactamente con la realidad
Un ejemplo praacutectico desarrollado en el sistema eleacutectrico espantildeol se describe en
[SOT98]
Otra opcioacuten es el utilizar un meacutetodo que estaacute entre la monitorizacioacuten en tiempo real y el
meacutetodo determiniacutestico Consiste en medir la temperatura ambiente y utilizar valores
determiniacutesticos desfavorables para el viento y la radiacioacuten solar [CIG299]
2342 Medida de temperatura del conductor
La medida de temperatura del conductor se realiza generalmente mediante un sensor
que va instalado en el conductor y mide la temperatura superficial del mismo Por lo
tanto se realiza una medida directa de temperatura Sin embargo es posible que la
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
25
temperatura variacutee a lo largo de la liacutenea si asiacute lo hacen las condiciones climatoloacutegicas
especialmente el viento Ademaacutes tambieacuten es posible que exista un gradiente radial de
temperatura en el conductor
Para poder determinar la ampacidad se deben conocer las variables meteoroloacutegicas
[FOS83a] [DAV77a] En caso de que se conozca la intensidad de corriente que
produce la temperatura medida y los valores de la temperatura ambiente y radiacioacuten
solar se puede calcular la velocidad equivalente de viento [ENG96] A partir de estos
valores es posible determinar la ampacidad
Se debe tener en cuenta que puede haber alguna diferencia entre la temperatura
medida y la temperatura media del conductor debido a que la medida es puntual y en
realidad puede variar a lo largo de su longitud La flecha es funcioacuten de la temperatura
media del conductor Ademaacutes se deben tener en cuenta los posibles errores asociados
a la estimacioacuten de la flecha a partir de la temperatura comentados en el subapartado
anterior
El primer sistema comercial de monitorizacioacuten basado en la medida de temperatura es
el denominado Power Donut que fue desarrollado a principio de los 80 [FOS83b]
[ENG96] Se trata de un toroide que se acopla alrededor del conductor Contiene un
nuacutecleo magneacutetico de forma que se autoalimenta mediante la tensioacuten inducida por el
campo magneacutetico variable asociado a la intensidad que pasa por el conductor Puede
medir temperaturas del conductor de hasta 250 ordmC Los datos se transmiten de forma
remota mediante GSMGPRS Ademaacutes de temperatura mide tambieacuten intensidad de
corriente Para determinar la ampacidad precisa de los valores de temperatura
ambiente y radiacioacuten solar Estos valores se pueden obtener de estaciones
meteoroloacutegicas cercanas En caso contrario se instala una pequentildea estacioacuten en el
apoyo maacutes cercano al sensor de temperatura de forma que los datos meteoroloacutegicos
de temperatura y radiacioacuten son transmitidos al Power Donut via radio Se muestran
algunos ejemplos de aplicacioacuten en [FOS88] [FOS90] [ENG96]
Recientemente estaacuten surgiendo maacutes sistemas comerciales de monitorizacioacuten de
temperatura para liacuteneas eleacutectricas aeacutereas Asiacute Arteche fabricante situado en Bizkaia
ha desarrollado un sistema similar al Power Donut denominado Sistema de
Monitorizacioacuten de Temperatura SMT [ART07] Monitoriza la temperatura a traveacutes de un
sensor de temperatura tipo PT en contacto con el conductor La temperatura se enviacutea
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
26
mediante mensajes SMS que son recibidos en un moacutedem instalado en un PC El rango
de medida llega hasta 120 ordmC
Otra alternativa es la monitorizacioacuten de la temperatura mediante dispositivos de onda
acuacutestica de superficie (surface acoustic wave SAW) Varias universidades alemanas
han desarrollado un sistema de monitorizacioacuten de temperatura en conductores de
liacuteneas eleacutectricas aeacutereas basado en estos dispositivos [TEM06] [WEI06] [BER07] El
sistema estaacute compuesto por un radar que emite y recibe ondas electromagneacuteticas de
alta frecuencia y un sensor pasivo SAW instalado en el conductor El sensor estaacute
formado por un cristal piezoeleacutectrico que responde mediante un movimiento a la onda
electromagneacutetica de entrada A su vez en el cristal hay situados varios elementos que
convierten el movimiento en ondas electromagneacuteticas que son recibidas por el radar
Es posible determinar la posicioacuten de estos elementos posicioacuten que depende de la
elongacioacuten asociada a la temperatura Ademaacutes la velocidad de propagacioacuten de la onda
en el cristal tambieacuten depende de su temperatura Asiacute es posible determinar el valor de
temperatura en un rango de hasta 150 ordmC con una incertidumbre de 05 ordmC
Hay que mencionar tambieacuten la utilizacioacuten de la medida de temperatura distribuida
(distributed temperature sensing DTS) mediante fibra oacuteptica En el caso de incorporar
fibras oacutepticas en el interior del conductor es posible determinar la distribucioacuten de
temperatura a lo largo del conductor [BOO02] [NAN03]
2343 Medida de traccioacuten mecaacutenica
La traccioacuten mecaacutenica se mide a traveacutes de una ceacutelula de carga que se pone en serie
con la cadena de aisladores La ceacutelula va entre la cadena de aisladores y el apoyo de
forma que estaacute aislado eleacutectricamente de la tensioacuten del conductor
Como hay una relacioacuten directa entre traccioacuten y flecha la medida de traccioacuten es un buen
indicador de la situacioacuten de la liacutenea en el caso de que el paraacutemetro a monitorizar sea la
flecha La flecha se obtiene ademaacutes de a partir del valor de traccioacuten medida a partir de
la longitud del vano y la carga del conductor por unidad de longitud Ademaacutes asiacute como
la medida de temperatura es una medida puntual y puede haber variaciones a lo largo
del vano o conjunto de vanos el valor de la traccioacuten medida representa la media de las
condiciones del conductor a lo largo del conjunto de vanos entre apoyos de amarre
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
27
Para poder determinar la ampacidad se deben conocer las variables meteoroloacutegicas
En caso de que se conozca la intensidad de corriente que produce la temperatura
medida y los valores de la temperatura ambiente y radiacioacuten solar se puede calcular la
velocidad equivalente de viento Previamente se habraacute calculado la temperatura del
conductor a partir de la traccioacuten medida
Existe un sistema comercial de monitorizacioacuten basado en la medida de traccioacuten Se
denomina CAT-1 y es comercializado por Valley Group [SEP93a] [SEP94] [SEP95]
[REA95] [SEP98] [SEP00] [SEP02] [BOO02] [WEI06] Este sistema antes de
comenzar lo que es la monitorizacioacuten propiamente dicha se calibra con objeto de
determinar con la menor incertidumbre posible la relacioacuten entre la traccioacuten medida y la
temperatura del conductor Ademaacutes cuenta con un sistema especial para determinar
los valores de las condiciones climatoloacutegicas de forma indirecta
Con lo que respecta a la calibracioacuten esta consiste en medir dos parejas de valores
traccioacuten-temperatura del conductor Por una parte se establece una referencia real de
un determinado valor de temperatura para una determinado valor de traccioacuten Por otra
parte con la segunda pareja de traccioacuten-temperatura se ajusta el valor de la longitud
del vano de regulacioacuten (ruling span) Una vez realizada la calibracioacuten durante la
monitorizacioacuten se determina la temperatura del conductor a partir de la traccioacuten
medida
El sistema especial para determinar los valores de las condiciones climatoloacutegicas de
forma indirecta se denomina Net Radiation Sensor y consiste en un tubo de aluminio
que tiene los mismos valores de emisividad y absortividad que el conductor instalado
Estaacute instalado en el apoyo donde estaacute instalada la ceacutelula de carga y mediante un
sensor se mide su temperatura Esta temperatura representa la temperatura que
tendriacutea el conductor en caso de que no pasara corriente a traveacutes de eacutel
La ampacidad se calcula a partir de una ecuacioacuten teacutermica en la que intervienen el
calentamiento Qs debido a la radiacioacuten solar el calentamiento Qj debido a la corriente
que pasa por el conductor el enfriamiento por radiacioacuten Qr y el enfriamiento por
conveccioacuten debido al viento Qc A partir de la temperatura del Net Radiation Sensor la
corriente y la temperatura del conductor estimada a partir de la traccioacuten se puede
realizar el caacutelculo de ampacidad sin necesidad de medidas climatoloacutegicas adicionales
Es decir la medida de la temperatura del Net Radiation Sensor sustituye a la medida
de radiacioacuten solar y temperatura ambiente que hariacutea falta para determinar la velocidad
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
28
del viento y posteriormente la ampacidad El enfriamiento por radiacioacuten Qr y por
conveccioacuten Qc dependen entre otras variables de la temperatura ambiente Ta del aire
alrededor del conductor Si se sustituye la temperatura ambiente Ta por la temperatura
medida en el Net Radiation Sensor Ts denominada temperatura solar es posible
eliminar en la ecuacioacuten teacutermica el teacutermino Qs de radiacioacuten solar Es decir la ecuacioacuten
teacutermica es equivalente si se elimina el calentamiento Qs y los valores de Qr y Qc se
calculan a partir de la temperatura solar Ts en lugar de la temperatura ambiente Ta
[DOU99] [LAW03]
Otra funcioacuten del Net Radiation Sensor es realizar la calibracioacuten antes citada La
temperatura del conductor necesaria para la calibracioacuten no se mide directamente sino
que se estima a partir de la temperatura medida en el Net Radiation Sensor Para que
esta temperatura se corresponda con la que tiene el conductor es necesario que la
liacutenea esteacute sin corriente o con una corriente muy pequentildea
2344 Medida indirecta de variables meteoroloacutegicas y temperatura del conductor
A partir del principio de funcionamiento del Net Radiation Sensor se ha desarrollado un
sistema con objeto de determinar la temperatura del conductor de forma indirecta Se
trata de dos barras metaacutelicas ideacutenticas que no tienen porqueacute ser iguales al conductor
que van colocadas en un apoyo de la liacutenea en direccioacuten paralela al vano a monitorizar
En una de las barras se inyecta corriente cuya intensidad se mide y en la otra no se
inyecta corriente Se mide la temperatura en ambas barras Se aplica la ecuacioacuten
teacutermica a la barra en la que se inyecta corriente con objeto de determinar la velocidad
equivalente de viento En lugar de utilizar la temperatura ambiente Ta se utiliza la
temperatura solar Ts medida en la barra en la que no se inyecta corriente A partir de la
temperatura solar Ts y la velocidad equivalente de viento calculada es posible
determinar la ampacidad del conductor a partir de la temperatura maacutexima admisible o
su temperatura actual a partir del valor de intensidad de corriente medida Este sistema
se comercializa con el nombre de ThermalRate [DAC03] [LAW03]
2345 Medida de flecha
Aunque hay diversas propuestas para monitorizar la flecha en tiempo real actualmente
hay un uacutenico sistema comercial denominado Sagometer Este sistema de
monitorizacioacuten on-line de flecha se basa en el procesamiento de imaacutegenes [FOR02]
Se instala una especie de diana en mitad de la liacutenea y se visualiza por una caacutemara
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
29
instalada en el apoyo Opcionalmente se puede antildeadir un sistema de medida de
condiciones climatoloacutegicas con objeto de determinar la ampacidad Comercializado por
EDM fue desarrollado con la financiacioacuten de EPRI y California Energy Commission
Existen otras propuestas que no han llegado a comercializarse Por ejemplo se
desarrolloacute un sistema de monitorizacioacuten de flecha basado en un sistema GPS
diferencial [MEN02] [MEN03] En [OLS02] desarrollan una propuesta de medir la
corriente inducida en un conductor suspendido en paralelo
Una propuesta maacutes reciente y que estaacute en desarrollo en Beacutelgica es la presentada en
[LIL06] Se trata de un sistema que determina el valor de la flecha a partir del
procesamiento de las vibraciones del conductor
24 Repotenciacioacuten mediante el aumento de temperatura admisible
La forma maacutes sencilla de aumentar la ampacidad consiste en aumentar la temperatura
maacutexima admisible del conductor es decir la maacutexima temperatura asociada a las
distancias entre el conductor y el suelo o cruzamientos inferiores Tambieacuten se tiene en
cuenta la capacidad del conductor y de sus accesorios para soportar temperaturas
mayores
Se puede aumentar la distancia al suelo mediante pequentildeas modificaciones [STE00a]
Las teacutecnicas para conseguirlo incluyen el re-tensado de los conductores o el cambio de
las cadenas de aisladores Otra posibilidad es la de aumentar la altura del apoyo pero
es una opcioacuten de alto coste
Por ejemplo en Sudaacutefrica un liacutenea de 400 kV y 50 ordmC ha sido modificada hasta 85 ordmC
con un incremento de ampacidad del 60 [STE00a] El coste ha sido un 5 respecto
a la construccioacuten de una nueva liacutenea En el Reino Unido liacuteneas con conductores ACSR
a 50 ordmC han sido modificadas hasta 75 ordmC con un incremento de ampacidad del 25
[HOF04] En una liacutenea de Israel la temperatura se aumentoacute desde 60 ordmC hasta 100 ordmC
[TUK00]
25 Repotenciacioacuten mediante cambio de conductores
Si se reemplaza el conductor existente por otro de tamantildeo similar pero mejores
prestaciones es posible obtener un aumento de ampacidad sin necesidad de reforzar
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
30
los apoyos Los liacutemites a la repotenciacioacuten vienen determinados por el liacutemite de flecha y
el liacutemite de carga mecaacutenica de los apoyos Desde el punto de vista de los esfuerzos
sobre los apoyos se debe considerar el peso del nuevo conductor el diaacutemetro (que
determina la sobrecarga por viento y hielo) y la traccioacuten de instalacioacuten Evidentemente
es posible asumir un refuerzo de los apoyos y la cimentacioacuten pero el escenario maacutes
atractivo es poder sustituir el conductor de forma que no aumenten los esfuerzos sobre
los apoyos y se consiga a la vez un aumento de ampacidad
Los conductores que mejor se prestan para este cometido son los conductores de
pequentildea flecha y altas prestaciones teacutermicas Debido a su caracteriacutestica de flecha
pequentildea alcanzan el liacutemite de flecha a una temperatura mayor que el conductor
sustituido por lo que aumenta la maacutexima temperatura admisible y la ampacidad No
obstante el empleo de conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
tambieacuten tiene ciertas desventajas La principal desventaja estaacute relacionada con las
peacuterdidas de potencia En los meacutetodos tradicionales el aumento de capacidad de
transporte se debe al aumento de seccioacuten o a la elevacioacuten de tensioacuten En el primer caso
la resistencia eleacutectrica se reduce y en el segundo se reduce la corriente necesaria para
una determinada potencia Esto favorece la reduccioacuten de las peacuterdidas por efecto Joule
que estaacuten relacionadas con la resistencia eleacutectrica y la intensidad Sin embargo en la
sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea el aumento
de capacidad de transporte se basa en la operacioacuten a altas temperaturas y la resistencia
del nuevo conductor es similar al antiguo Por ello para transportar un determinado valor
de potencia eleacutectrica las peacuterdidas por efecto Joule son mayores que en los meacutetodos de
repotenciacioacuten tradicionales Dentro de esta familia de conductores existen conductores
con caracteriacutesticas diferentes por lo que la repotenciacioacuten obtenida con cada uno de
ellos no es la misma El valor de la repotenciacioacuten dependeraacute del tipo del conductor pero
tambieacuten de las caracteriacutesticas de la liacutenea a repotenciar por lo que la mejor solucioacuten
dependeraacute de cada caso Ademaacutes existen otras cuestiones ademaacutes del valor de la
repotenciacioacuten como el coste del conductor el proceso de instalacioacuten etc que
condicionaraacuten la eleccioacuten final del conductor Como valor orientativo de repotenciacioacuten
la sustitucioacuten de un conductor ACSR por conductores GTACSR se estimoacute en un
aumento de ampacidad del 70 en una liacutenea de 132 kV [ZAM01] En USA la
sustitucioacuten por conductores ACSSTW resultoacute en un aumento de ampacidad del 70 en
una liacutenea de 138 kV [THR99]
Los conductores de flecha pequentildea no son la uacutenica opcioacuten a la hora de repotenciar una
liacutenea sustituyendo el conductor Una opcioacuten posible para la sustitucioacuten de los
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
31
conductores ACSR es la sustitucioacuten mediante conductores de aleacioacuten de aluminio
AAAC Para el mismo diaacutemetro los conductores AAAC son mecaacutenicamente maacutes
resistentes que los ACSR y tienen un peso menor y resistencia eleacutectrica menor Por
ello permiten alcanzar valores de ampacidad mayores si se instalan a valores de
porcentaje EDS similares al conductor original El EDS (Every Day Stress) es la
traccioacuten que a temperatura ambiente hace que las vibraciones eoacutelicas no afecten al
conductor y suele expresarse como un porcentaje respecto a la traccioacuten de rotura La
principal desventaja es que aumenta el ratio traccioacuten horizontal respecto a peso de
conductor por lo que el AAAC es maacutes sensible a vibraciones eoacutelicas Sin embargo si
esto se puede resolver mediante el uso de amortiguadores la sustitucioacuten por
conductores AAAC es una alternativa interesante Asiacute es una praacutectica habitual en el
Reino Unido con aumentos de ampacidad de hasta el 40 [CIG244]
Otra opcioacuten es la sustitucioacuten por conductores compactos o conductores con mejores
prestaciones ante vibraciones [CIG244] [COU98] Los conductores compactos en
lugar de tener alambres de aluminio redondos tienen alambres trapezoidales o con
forma de Z de forma que se reducen los intersticios de aire y aumenta la seccioacuten
conductora para un determinado diaacutemetro de conductor El inconveniente es que
aumenta el peso del conductor por lo que aumenta la carga sobre los apoyos Sin
embargo estos conductores tienen mejores propiedades de amortiguacioacuten de
vibraciones lo cual es favorable pues permite mayores valores de traccioacuten Ademaacutes
existen disentildeos especiacuteficos para mejorar la absorcioacuten de vibraciones como son los
conductores SDC (Self Camping Conductor) o T2
26 Conclusiones
La eleccioacuten de la opcioacuten adecuada para la repotenciacioacuten es una labor ardua y variacutea en
funcioacuten del proyecto en cuestioacuten [STE04] Varios factores influyen en la decisioacuten final
La condicioacuten de las instalaciones a repotenciar las caracteriacutesticas de la necesidad de
aumento de potencia las restricciones presupuestarias las restricciones de tiempo y
las dificultades asociadas a los descargos son factores que determinan el meacutetodo
empleado en la repotenciacioacuten En [CIG299] se describen los resultados de una
encuesta realizada a diversas compantildeiacuteas acerca de las praacutecticas de repotenciacioacuten y
se pueden ver la importancia de los diversos factores a la hora de tomar una decisioacuten
Si las instalaciones son antiguas y estaacute prevista una reforma en breve la elevacioacuten de
tensioacuten el aumento de seccioacuten del conductor o la sustitucioacuten del conductor existente
Capiacutetulo 2 Repotenciacioacuten de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas
32
por otro de altas prestaciones teacutermicas son opciones interesantes En caso de liacuteneas
nuevas las opciones comentadas representan un gasto mayor En el caso de liacuteneas
nuevas la monitorizacioacuten en tiempo real o el aumento de la temperatura maacutexima
admisible pueden ser utilizadas aunque obteniendo una repotenciacioacuten menor
Con respecto a la repotenciacioacuten obtenida los meacutetodos variacutean considerablemente La
elevacioacuten de tensioacuten es el meacutetodo que obtiene una mayor repotenciacioacuten El aumento
de seccioacuten o la sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha
pequentildea obtiene valores de repotenciacioacuten considerables tambieacuten El aumento de la
temperatura maacutexima admisible no es siempre posible y el incremento obtenido es maacutes
modesto Finalmente la monitorizacioacuten en tiempo real o los meacutetodos probabiliacutesticos
obtienen repotenciaciones pequentildeas Ademaacutes los meacutetodos monitorizacioacuten dependen
de las condiciones meteoroloacutegicas y no pueden garantizar el aumento de ampacidad
para un determinado instante de tiempo
Los cambios a realizar en la liacutenea para obtener la repotenciacioacuten vienen condicionados
por las restricciones de presupuesto tiempo y descargos La elevacioacuten de tensioacuten es el
meacutetodo que requiere de mayor nuacutemero de cambios a realizar Por lo tanto es la opcioacuten
maacutes cara y la que tiene mayor duracioacuten en el tiempo El aumento de seccioacuten requiere
tambieacuten numerosos cambios en la liacutenea El aumento de la temperatura maacutexima
admisible requiere solamente pequentildeos cambios La sustitucioacuten por conductores de
altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea requiere la sustitucioacuten del conductor pero
tiene la ventaja de que no se precisa modificar los apoyos Finalmente la
monitorizacioacuten en tiempo real y los meacutetodos probabiliacutesticos no requieren modificar la
liacutenea aunque en la praacutectica la instalacioacuten de los sensores puede requerir el descargo
de la liacutenea
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
33
CAPIacuteTULO 3 CONDUCTORES DE ALTAS PRESTACIONES TEacuteRMICAS Y FLECHA PEQUENtildeA
31 Introduccioacuten
Los conductores de altas prestaciones teacutermicas son aquellos cuya temperatura de
funcionamiento en reacutegimen permanente es maacutes elevada que la de los conductores
convencionales como el ACSR cuya temperatura maacutexima estaacute en torno a los 90 ordmC
Por encima de dicha temperatura se produce una peacuterdida de resistencia mecaacutenica del
aluminio duro [UNE60889] [ASTM B-230] Al aluminio duro se le denomina Al o
tambieacuten aluminio tipo 1350-H19
Para poder soportar esas mayores temperaturas se han desarrollado aleaciones de
aluminio especiales que son capaces de soportar dichas temperaturas sin peacuterdida de
resistencia mecaacutenica y manteniendo la conductividad eleacutectrica [KAW91] Otra
alternativa es la utilizacioacuten del aluminio recocido que se suele recocer por encima de
400 ordmC en el proceso de produccioacuten Esto le confiere de una baja resistencia mecaacutenica
pero las temperaturas de servicio del conductor no le producen una peacuterdida de
resistencia mecaacutenica adicional Al aluminio recocido se le denomina tambieacuten aluminio
tipo 1350-O [ASTMB609]
Las caracteriacutesticas teacutermicas eleacutectricas y mecaacutenicas de los diversos tipos de aluminio
se pueden observar en la Tabla 31
Tabla 31 Aluminio de altas prestaciones teacutermicas
Temperatura
maacutexima
continua (ordmC)
Temperatura maacutexima de
emergencia (ordmC)
Conductividad
eleacutectrica miacuten
( IACS)
Tensioacuten de rotura
miacuten (kgmm2)
Al 90 120 61 162
58TAl 150 180 58 162
TAl 150 180 60 162
XTAl 230 310 58 162 UTAl 200 230 57 162
ZTAl 210 240 60 162
KTAl 150 180 55 229
1350-O 400 --- 63 6 400 horas en total durante 36 antildeos
IACS International Annealed Copper Standard
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
34
Seguacuten el estaacutendar japoneacutes [JCS374A] la temperatura maacutexima continua del Al es
aquella que despueacutes de 33 antildeos de uso continuo hace que la peacuterdida de resistencia
mecaacutenica del conductor (annealing) sea menor de un 10 Basaacutendose en este criterio
la temperatura maacutexima continua de las aleaciones de altas prestaciones teacutermicas se
definioacute como aquella que despueacutes de 36 antildeos de uso continuo hace que la peacuterdida de
resistencia sea menor de un 10 [SAK81]
Entre estas aleaciones las maacutes utilizadas son el TAl (Thermal-Resistant Aluminum
Alloy) el ZTAl (Super Thermal-Resistant Aluminum Alloy) y el XTAl (Extra Thermal-
Resistant Aluminum Alloy o Special Thermal-Resistant Aluminum Alloy) Los
conductores que incorporan estas aleaciones en el aluminio deben prever que el alma
tambieacuten debe ser capaz de soportar las temperaturas de disentildeo del conductor
La mayor parte de los conductores de altas prestaciones teacutermicas tienen caracteriacutestica
de flecha pequentildea es decir se consigue reducir el aumento de flecha asociado al
aumento de temperatura del conductor Existe alguna excepcioacuten como el TACSR que
tiene buenas prestaciones teacutermicas pero la caracteriacutestica de flecha es similar al ACSR
Todos los conductores de flecha pequentildea se basan en que por encima de una
determinada temperatura de transicioacuten Ttran el esfuerzo mecaacutenico es soportado
solamente por el alma del conductor quedando el aluminio libre de carga mecaacutenica
(Fig 31) Este comportamiento es debido a que la expansioacuten teacutermica del aluminio es
mayor que la de los materiales empleados en el nuacutecleo Asiacute por encima de la
temperatura de transicioacuten el coeficiente de expansioacuten teacutermica es el del material del
alma y el aumento de flecha se reduce (Fig 32)
Por lo tanto la caracteriacutestica de flecha pequentildea depende fundamentalmente de tres
paraacutemetros
bull Coeficiente de expansioacuten del conductor
bull Coeficiente de expansioacuten del nuacutecleo
bull Temperatura de transicioacuten
Cuanto maacutes pequentildeo sea el valor de estos paraacutemetros mejor seraacute la caracteriacutestica de
flecha pequentildea del conductor Por lo tanto el disentildeo de los conductores de flecha
pequentildea estaacute orientado a obtener bajos valores de expansioacuten teacutermica yo bajas
temperaturas de transicioacuten
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
35
TltTtran TgtTtran
Fig 31 Fenoacutemeno de transicioacuten teacutermica
Fig 32 Aumento de flecha con la temperatura
Los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea surgieron de forma
paralela en Japoacuten y Norteameacuterica a principios de la deacutecada de los 70 En Japoacuten
desarrollaron el GTACSR conductor tipo gap con un hueco entre el nuacutecleo de acero y
el exterior de aluminio mientras que en Norteameacuterica surgioacute el ACSS conductor con
nuacutecleo de acero y exterior de aluminio recocido
Posteriormente a principios de los 80 en Japoacuten se introdujo la utilizacioacuten del invar
como material del nuacutecleo Asiacute surgieron los conductores XTACIRTW primero y
despueacutes con la aparicioacuten del aluminio ZTAl el conductor ZTACIR En esta eacutepoca
aparecioacute tambieacuten el conductor de tipo gap GZTACSR que tiene aluminio ZTAl y el
ACSSTW que es la versioacuten del conductor ACSS con alambres trapezoidales
Recientemente han aparecido varios tipos de conductores con nuacutecleos de composite
el ZTACCR y el ACCCTW en Norteameacuterica Ademaacutes se realizoacute un proyecto de
investigacioacuten donde se desarrolloacute un conductor denominado CRAC que no se ha
comercializado [CAL00] Tambieacuten en Japoacuten han disentildeado otro conductor denominado
Temperatura (ordmC)
Flecha (m)
Temperatura de
Transicioacuten
Coeficiente de Expansioacuten
del Nuacutecleo Coeficiente
de Expansioacuten
del Conductor
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
36
TACFR pero la uacutenica informacioacuten disponible sobre este conductor es el artiacuteculo
publicado en CIGREacute 2002 [SAT02]
32 Conductores de aluminio recocido con nuacutecleo de acero - ACSS
Este conductor fue desarrollado en 1972 por la compantildeiacutea Reynolds Metals
denominaacutendose originalmente SSAC (Steel Supported Aluminum Conductor)
Posteriormente con la aparicioacuten de los estaacutendares ASTM B856 y ASTM B857 pasoacute a
denominarse ACSS (Aluminum Conductor Steel Supported) Se trata de una
modificacioacuten del conductor tradicional ACSR y su caracteriacutestica fundamental es que el
aluminio no estaacute endurecido sino que se encuentra totalmente recocido Por ello es el
acero el que soporta toda o la mayor parte de la tensioacuten mecaacutenica [ADA74]
[ASTMB856] [ASTMB857] [BAK05] [GEN] [THR99] [THR06] [SOU03] [KRA05]
[TAM06] [McCO06]
Actualmente General Cable y la compantildeiacutea Southwire son los principales fabricantes de
conductores ACSS Este tipo de conductores se utiliza en Norteameacuterica tanto en
Estados Unidos como en Canadaacute siendo maacutes de 60 las compantildeiacuteas eleacutectricas
norteamericanas que tienen conductores ACSS en sus instalaciones [GEN00b]
General Cable habiacutea proporcionado 8500 km de conductor ACSS hasta el antildeo 2000
[GEN00a]
Inicialmente la aplicacioacuten de este tipo de conductores fue en vanos largos como pasos
de riacuteo Posteriormente su uso se extendioacute a todo tipo de nuevas liacuteneas instaladas y
actualmente se utiliza tambieacuten para repotenciar liacuteneas En el caso de la repotenciacioacuten
es habitual elevar los apoyos para poder aprovechar toda la capacidad del conductor
No obstante en Norteameacuterica las compantildeiacuteas eleacutectricas no siempre utilizan este tipo de
conductor para la operacioacuten diacutea a diacutea a elevadas temperaturas y con un incremento de
la capacidad de carga sino que en muchos casos se instala para utilizar esa capacidad
extra en situacioacuten de emergencia ante contingencias o ante una previsioacuten futura de
crecimiento de la demanda
Con objeto de mejorar las prestaciones del conductor ACSS se puede realizar un
pretensado El proceso de pretensado consiste en mantener en tensioacuten el conductor
(aproximadamente al 50 de la carga de rotura) durante 10 minutos Esto hace que el
aluminio se deforme plaacutesticamente de manera que cuando se instala el conductor es el
acero el uacutenico que aguanta toda la tensioacuten de modo que la flecha variacutea poco con la
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
37
temperatura Este proceso estaacute indicado como muy peligroso debido a que si no se
realiza correctamente se puede dantildear irreparablemente el conductor Por este motivo
los fabricantes soacutelo lo recomiendan para aquellos vanos en los que sea necesario
mantener lo maacutes invariable posible la flecha Ademaacutes es necesario que las torres
esteacuten disentildeadas para aguantar los esfuerzos que aparecen durante el proceso de
pretensado El pretensado se realiza uacutenicamente en casos especiales donde es
necesario una caracteriacutestica de flecha pequentildea y un buen amortiguamiento de las
vibraciones producidas por el viento El caso tiacutepico es el del cruzamiento de un riacuteo Por
lo tanto en la praacutectica generalmente no se realiza el pretensado
La capacidad de amortiguacioacuten de vibraciones de un conductor es debida
principalmente al calor generado mediante la friccioacuten de los alambres unos con otros
cuando deslizan entre siacute Para que los alambres deslicen entre siacute hay que ejercer una
fuerza para superar la friccioacuten estaacutetica que evita dicho deslizamiento Debido a que la
carga mecaacutenica de operacioacuten en los alambres de aluminio de los conductores ACSS es
mucho maacutes baja que en los conductores convencionales existe una menor friccioacuten
estaacutetica entre los alambres de capas sucesivas Como resultado los alambres de
aluminio del conductor ACSS tienen una mayor libertad de movimiento relativo entre
capas por lo que presenta una mayor capacidad para amortiguar las vibraciones
debidas al viento
321 Estructura y materiales
El nuacutecleo del conductor ACSS estaacute formado por alambres de acero Se pueden utilizar
varios tipos de revestimientos en funcioacuten de la temperatura de funcionamiento y la
proteccioacuten necesaria contra la corrosioacuten Asiacute el acero puede tener revestimiento de
aluminio estar galvanizado en zinc o estar recubierto de galfan
A finales de los 80 se introdujo un nuevo material para sustituir al galvanizado
tradicional aumentando las prestaciones teacutermicas de los alambres de acero Se trata de
una aleacioacuten de zinc con un 5 de aluminio y trazas de mischmetal (aleacioacuten de
elementos raros) denominado galfan En 1989 se definieron los estaacutendar ASTM B802
y B803 donde se determinan los requerimientos para los alambres de acero recubierto
de galfan Ademaacutes de forma similar al revestimiento de aluminio el revestimiento de
galfan proporciona una proteccioacuten mayor ante la corrosioacuten
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
38
En el conductor ACSS el liacutemite de temperatura no lo impone el aluminio como ocurre
en el ACSR sino que es el revestimiento del acero el que determina la temperatura
maacutexima de funcionamiento Asiacute seguacuten [ADA74] este liacutemite es de 245 ordmC para el acero
galvanizado y 260 ordmC para el acero recubierto de aluminio El acero recubierto de
galfan puede soportar temperaturas mayores
En [KRA05] se ensayan alambres de acero galvanizados en zinc y con revestimiento
de galfan a 200 ordmC y 250 ordmC Los alambres galvanizados se descascarillan a los 120
diacuteas a 200 ordmC y a las 114 horas a 250 ordmC En este tiempo los alambres con
revestimiento de galfan no experimentan alteracioacuten alguna
Tabla 32 Propiedades de los alambres de acero [BAK05]
Coeficiente de
expansioacuten
teacutermica (ordmC-1)
Tensioacuten de rotura
uacuteltima miacuten
(kgmm2)
Tensioacuten para
elongacioacuten 1
miacuten (kgmm2)
Elongacioacuten en
10rdquo
miacuten ()
Acero recubierto de aluminio
AW Steel (ASTM B502) 1310-6 123 - 137 112 - 123 15
Acero galvanizado
GA Steel (ASTM B498) 11510-6 140 ndash 147 119 ndash 133 3 - 4
Acero recubierto de galfan
MA Steel (ASTM B802) 11510-6 140 ndash 147 119 ndash 133 3 - 4
Como en los conductores ACSS es el acero el que soporta toda o la mayor parte de la
carga mecaacutenica es interesante que el acero sea lo maacutes resistente posible Asiacute en los
conductores ACSS se utiliza acero de alta resistencia bien galvanizado o bien con
revestimiento de galfan (Tabla 33)
Tabla 33 Propiedades de los alambres de acero de alta resistencia [BAK05]
Coeficiente
de expansioacuten
teacutermica (ordmC-1)
Tensioacuten de
rotura uacuteltima
miacuten (kgmm2)
Tensioacuten para
elongacioacuten 1
miacuten (kgmm2)
Elongacioacuten
en 10rdquo
miacuten ()
Acero de alta resistencia
galvanizado
HS Steel (ASTM B606)
11510-6 154 ndash 165 137 ndash 147 3 ndash 35
Acero de alta resistencia
recubierto de galfan
MS Steel (ASTM B803)
11510-6 154 ndash 165 137 ndash 147 3 ndash 35
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
39
Recientemente entre General Cable y Bekaert Steel han desarrollado acero de
resistencia ultra-alta con revestimiento de galfan [BAK05] [KRA05] De forma paralela
Southwire ha presentado el HS285 [THR06] que es ideacutentico al acero de resistencia
ultra-alta con bantildeo de galfan presentado por General Cable
Tabla 34 Propiedades de los alambres de acero de resistencia extra-alta y ultra-alta [KRA05]
Tensioacuten de
rotura uacuteltima
miacuten (kgmm2)
Tensioacuten para
elongacioacuten 1
miacuten (kgmm2)
Elongacioacuten
en 10rdquo
miacuten ()
Acero de resistencia extra-alta
con bantildeo de galfan 174 - 186 156 - 167 3 ndash 35
Acero de resistencia ultra-alta
con bantildeo de galfan 189 - 205 169 - 183 3 ndash 35
Las capas exteriores estaacuten formadas por alambres de aluminio recocido (1350-O) En
comparacioacuten con el aluminio endurecido (1350-H19) utilizado en los ACSR el aluminio
recocido tiene una resistencia mecaacutenica menor y es maacutes duacutectil (Tabla 35)
Tabla 35 Comparacioacuten entre aluminio recocido y endurecido [BAK05]
Coeficiente de
expansioacuten
teacutermica (ordmC-1)
Tensioacuten de
rotura miacuten
(kgmm2)
Elongacioacuten
en 10rdquo
miacuten ()
Conductividad
miacuten ( IACS)
Aluminio recocido
1350-O
(ASTM B609)
2310-6 6 20 63
Aluminio duro
1350-H19
(ASTM B230)
2310-6 165 ndash 204 12 ndash 22 61
Aunque el estaacutendar ASTM B609 fija la conductividad miacutenima en 618 IACS los fabricantes han
adoptado un valor de 63 IACS
El aluminio recocido tiene un liacutemite elaacutestico pequentildeo alrededor de 42 kgmm2 Por
ello cuando se aplica tensioacuten al conductor ACSS se produce de forma bastante raacutepida
la elongacioacuten inelaacutestica del aluminio Como consecuencia la mayor parte de la carga la
va a soportar el acero Este fenoacutemeno se puede ver en las curvas esfuerzo-
deformacioacuten de la Figura 33
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
40
Fig 33 Curvas esfuerzo-deformacioacuten para el ACSS y el ACSR [Adams 74]
Existen dos tipos de estructuras Por una parte los conductores ACSS tienen alambres
de aluminio de seccioacuten circular Por otra parte los conductores ACSSTW tienen
alambres de aluminio trapezoidales
Los conductores ACSS tienen alambres de aluminio de seccioacuten circular y vienen
determinados por el estaacutendar ASTM B856 La estructura es ideacutentica a la del conductor
ACSR tal como se puede observar en la Figura 34 Existe una equivalencia entre los
tipos de conductores ACSR y ACSS de forma que la seccioacuten de los alambres y su
nuacutemero es ideacutentico La uacutenica diferencia estaacute en las caracteriacutesticas de los materiales
Fig 34 Estructura del conductor ACSS
A principios de los 80 se introdujo el ACSSTW que tiene alambres de aluminio de
seccioacuten trapezoidal Los conductores ACSSTW vienen determinados por el estaacutendar
ASTM B857 Su estructura se puede observar en la Figura 35 Existe tambieacuten una
equivalencia entre los tipos de conductores ACSR y ACSSTW En este caso hay dos
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
41
opciones de forma que se diferencian dos familias dentro de los conductores
ACSSTW
bull Conductores ACSSTW equivalentes al ACSR en aacuterea de aluminio Debido a la
estructura compacta de los alambres de aluminio el equivalente ACSSTW
tiene un diaacutemetro menor
bull Conductores ACSSTW equivalentes al ACSR en diaacutemetro Debido a la
estructura compacta de los alambres de aluminio el equivalente ACSSTW
tiene un aacuterea de acero y aluminio mayor
Fig 35 Estructura del conductor ACSSTW
El tipo de acero del nuacutecleo es independiente del tipo de estructura del conductor de
forma que se puede escoger el que sea maacutes adecuado
Como ejemplo en la Tabla 36 se compara el conductor tipo Hawk Se pueden ver las
diferencias entre el ACSR el ACSS y las dos opciones de ACSSTW
Tabla 36 Conductores ACSS equivalentes al ACSR Hawk
ACSR ACSS
ACSSTW
Equivalencia
en aacuterea
ACSSTW
Equivalencia
en diaacutemetro
Area
aluminio
(mm2)
2417 2417 2417 2864
Diaacutemetro
(mm) 2178 2178 2004 2178
Resistencia
a rotura
(kg)
8845 7076 7076 8346
Peso
(kgkm) 9761 976 9747 10637
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
42
322 Herrajes y accesorios
Los herrajes son similares a los empleados con conductores ACSR No obstante
existen algunas diferencias debido a la mayor densidad de corriente a la mayor
temperatura y a la blandura del aluminio recocido Esta blandura reduce la capacidad
de la grapa de sujetar el conductor
Las grapas de compresioacuten deben ser modificadas y se disentildean especiacuteficamente para
los conductores ACSS Los principales fabricantes son Fargo [TAM06] y Alcoa
(HiTempTM Compression Dead End) [McCO06] Otro fabricante es Burndy El disentildeo es
ideacutentico al utilizado para los conductores ACSR La principal diferencia se encuentra en
las dimensiones de los elementos de aluminio El eacutembolo de acero tiene dimensiones
ideacutenticas al utilizado para conductores ACSR excepto en los conductores de acero
HS285 en donde el eacutembolo tiene un diaacutemetro mayor En todos los casos el tubo y la
derivacioacuten de aluminio tienen mayores dimensiones que los utilizados para los ACSR
Las mayores dimensiones del aluminio reducen la densidad de corriente y favorecen la
disipacioacuten del calor Ademaacutes al aumentar la superficie de compresioacuten del aluminio la
grapa sujeta mejor al conductor Las grapas con una uacutenica zona de compresioacuten se
rechazan de forma que las grapas tienen dos zonas de compresioacuten (Fig 36) La
compresioacuten del cuerpo de aluminio se debe realizar de dentro hacia fuera como se
indica en la figura Ademaacutes se recomienda la utilizacioacuten de pasta de relleno de la
grapa de compresioacuten Asiacute Fargo utiliza una pasta conductora de altas prestaciones
teacutermicas con objeto de aumentar la conductividad eleacutectrica y teacutermica y reducir el calor
generado Es el HTJC (High Temperature Joint Compound) que puede soportar
temperaturas hasta de 225 ordmC lo que equivale a una temperatura del conductor de 320
ordmC Alcoa por su parte utiliza una pasta denominada HiTemp ACF para evitar la
corrosioacuten
Fig 36 Grapa de amarre de compresioacuten para ACSS [TAM06]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
43
De forma anaacuteloga a las grapas de compresioacuten y por los mismos motivos en los
empalmes de compresioacuten para ACSS el empalme exterior de aluminio tiene
dimensiones mayores que en los utilizados para ACSR El manguito interior de acero
sin embargo es igual que el del ACSR
Como alternativa a las grapas de compresioacuten se pueden utilizar tambieacuten retenciones de
anclaje Preformed Line Products-PLP fabrica retenciones para conductores ACSS
(THERMOLIGNreg Dead-end) Sin embargo no se pueden utilizar con los conductores
ACSSTW de alambres trapezoidales por lo que su uso se limita a los conductores
ACSS de alambres circulares La retencioacuten estaacute formada por dos capas de varillas
helicoidales la interior de aleacioacuten de aluminio y la exterior de acero recubierto de
aluminio Ademaacutes incorpora varillas de proteccioacuten de aleacioacuten de aluminio entre la
retencioacuten y el conductor
Lo mismo se puede decir de las retenciones de empalme (THERMOLIGNreg Splice) En
este caso estaacute formado por dos capas de varillas helicoidales de aleacioacuten de aluminio
La grapa de suspensioacuten es igual que la del ACSR Se puede emplear la grapa que le
corresponderiacutea a un ACSR de diaacutemetro equivalente [ADA74] [GEN01] Al colocar las
grapas de suspensioacuten en las capas interiores del conductor pueden aparecer
deformaciones que pueden causar pequentildeas hendiduras en los puntos de friccioacuten
entre hilos aunque los fabricantes indican que este defecto no provoca ninguacuten
problema de explotacioacuten Otro problema que podriacutea afectar a la grapa de suspensioacuten
estaacute relacionado con la peacuterdida de resistencia mecaacutenica a altas temperaturas Seguacuten
[TAM06] con el aluminio tradicional utilizado en las grapas la maacutexima temperatura del
conductor suponiendo la utilizacioacuten de varillas de armado es de 160 ordmC lo que
supondriacutea una temperatura en la grapa de 93 ordmC Para mejorar las prestaciones
teacutermicas Fargo utiliza una aleacioacuten de aluminio especial que permite que el conductor
alcance 250 ordmC si lleva varillas de proteccioacuten y 200 ordmC si no los lleva La temperatura de
disentildeo de la grapa es de 150 ordmC
Tambieacuten se utilizan las grapas de suspensioacuten armadas Este tipo de grapas
proporciona una mayor proteccioacuten para el aluminio Preformed Line Products-PLP
ofrece tres tipos de grapas Dos de ellas permiten la operacioacuten del conductor a 200 ordmC
Son la grapa ARMOR-GRIPreg Suspension que estaacute formada por un elastoacutemero varillas
de armado y un soporte metaacutelico y la versioacuten maacutes sencilla CUSHION-GRIPTM
Suspension HT que no dispone de las varillas de armado La tercera permite la
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
44
operacioacuten a 250 ordmC ademaacutes de proporcionar una mayor proteccioacuten Se trata de
THERMOLIGNreg Suspension que incorpora ademaacutes de las varillas de armado
exteriores al elastoacutemero unas varillas de proteccioacuten entre el conductor y el elastoacutemero
La estructura de este tipo de conductores les proporciona mejores caracteriacutesticas de
absorcioacuten de vibraciones que el ACSR Los fabricantes indican que si se realiza el
pretensado no es necesario colocar amortiguadores en los extremos del conductor
Sin embargo debido a la peligrosidad que representa el pretensado para el conductor
varias compantildeiacuteas que los utilizan recomiendan no seguir las indicaciones del fabricante
de pretensar el conductor siendo preferible instalar amortiguadores cuando se
considere necesario Este es el caso por ejemplo de Salt River Project y de WAPA
(Western Area Power Administration)
323 Proceso de instalacioacuten
A la hora de efectuar la instalacioacuten tanto los fabricantes como las diferentes
compantildeiacuteas que los utilizan recomiendan seguir el estaacutendar IEEE Std 524 que tiene un
apartado especiacutefico para los conductores ACSS
Debido a que el aluminio estaacute completamente recocido es necesario tener especial
cuidado al manejar el conductor para no dantildear su superficie Por ello el proceso de
instalacioacuten de los conductores ACSS presenta una serie de particularidades respecto a
la instalacioacuten de los conductores ACSR [GEN99a]
Asiacute durante el tendido el conductor no debe arrastrarse por el suelo ya que puede
provocar que se dantildee su superficie Entre otras precauciones se debe prestar especial
atencioacuten al tipo de grapa auxiliar de tendido Igualmente hay que tener especial
cuidado en su almacenamiento recomendaacutendose no volver a enrollarlo en la bobina
una vez desenrollado asiacute como no apoyar nunca la bobina sobre alguno de sus lados
Al instalarse las grapas de compresioacuten debido a que el aluminio es blando se puede
producir el birdcaging o efecto de jaula de paacutejaro del aluminio El efecto de jaula de
paacutejaro consiste en que los alambres de aluminio se deforman hacia el exterior dando
como resultado un aspecto de jaula debido al espacio que se forma entre los alambres
Cuando ocurre se puede reparar a mano mediante bloques especiales de madera
[ALB06]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
45
Respecto al proceso de pretensado como se ha mencionado anteriormente este
consiste en mantener en tensioacuten el conductor (aproximadamente al 50 de la carga de
rotura) durante 10 minutos [GEN99b] [GEN00] Este proceso estaacute indicado como muy
peligroso Los apoyos deben ser capaces de aguantar los esfuerzos que aparecen
durante el proceso de pretensado
324 Mantenimiento
En cuanto al mantenimiento las compantildeiacuteas que utilizan este tipo de conductores
realizan el mismo tipo de mantenimiento que para los conductores ACSR no
habieacutendose detectado hasta la fecha necesidades de mantenimiento especial
La uacutenica caracteriacutestica que diferencia a los conductores ACSS de los ACSR en cuanto
al mantenimiento se encuentra en la reutilizacioacuten del conductor cuando este ha caiacutedo al
suelo en caso de fallo ya que los dantildeos pueden ser mayores
33 Conductores de aluminio de altas prestaciones teacutermicas con nuacutecleo de invar - ZTACIR XTACIRTW
El XTACIRTW (Extra Thermal-Resistant Aluminum Alloy Conductor Invar Reinforced) y
el ZTACIR (Super Thermal-Resistant Aluminum Alloy Conductor Invar Reinforced) son
conductores desarrollados en Japoacuten por las compantildeiacuteas japonesas Sumitomo Electric e
Hitachi Cables en la deacutecada de los 80 con el objetivo de incrementar la capacidad de
los conductores mediante el aumento de la temperatura maacutexima de los conductores
existentes [SAK81] [SAS85a] [ISHI89] [FUR89] [FUR99] [SUM00] [PAR05] Asiacute
desarrollaron el conductor XTACIRTW en 1980 y el ZTACIR en 1984 que pueden
soportar temperaturas de 230 ordmC y 210 ordmC respectivamente Estaacuten constituidos por una
aleacioacuten de aluminio de altas prestaciones teacutermicas (XTAl ZTAl) y por un nuacutecleo de
invar material compuesto por una aleacioacuten de Fe y 36-38 de Ni La principal
caracteriacutestica del invar es su bajo coeficiente de expansioacuten teacutermica Esta combinacioacuten
de materiales permite aumentar extraordinariamente la capacidad de corriente de la
liacutenea y obtener un efecto de inhibicioacuten de la flecha
Conviene precisar que el fabricante del XTACIRTW le denomina simplemente
XTACIR Sin embargo por coherencia al tener una estructura de hilos de aluminio
trapezoidales en este estudio se le va a denominar XTACIRTW
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
46
Posteriormente otras compantildeiacuteas tambieacuten se sumaron a la produccioacuten y
comercializacioacuten de estos conductores Asiacute en Japoacuten Furukawa Electric comenzoacute a
producir a finales de los 80 En Corea LG Cable produce el ZTACIR (al que denominan
Hi-STACIR) Recientemente las empresas navarras TREFINASA y SAPREM han
comenzado a comercializar los conductores ZTACIR [TRE08]
Seguacuten informacioacuten suministrada por Sumitomo Electric USA en julio de 2005
Sumitomo Electric habiacutea proporcionado 3700 km de conductor de nuacutecleo de invar El
XTACIRTW se instaloacute por primera vez en Japoacuten en septiembre de 1981 En el antildeo
1999 Sumitomo Electric habiacutea instalado 800 km de XTACIRTW y 2 km de RS-
XTACIRTW [SUM00] El ZTACIR se instaloacute por primera vez en Japoacuten en enero de
1984 En el antildeo 1998 Sumitomo Electric habiacutea instalado 1290 km de ZTACIR con
nuacutecleo de invar galvanizado y 226 km de RS-ZTACIR [SUM00] El rango de tensiones
de las liacuteneas instaladas por Sumitomo Electric con estos conductores abarca desde los
22 kV hasta los 275 kV y el de la seccioacuten de aluminio de los conductores desde 100
mm2 hasta 610 mm2 Los paiacuteses donde han sido instalados son Japoacuten Malasia
Emiratos Aacuterabes Unidos China Corea Sri Lanka y Francia El suministro a Francia fue
a EDF en 1995 Se suministroacute 05 km de ZTACIR de 610 mm2 de seccioacuten [SUM00]
Seguacuten [FUR99] a fecha de 1998 Furukawa Electric habiacutea proporcionado 1000 km de
conductor de nuacutecleo de invar
En [ROU06] se presentan varios casos de repotenciacioacuten mediante conductores de
nuacutecleo de invar En un caso se repotencia una liacutenea de doble circuito de 132 kV en
Australia mediante un conductor ZTACIR La temperatura de funcionamiento pasa de
85 ordmC a 170 ordmC y la potencia de 150 MVA a 240 MVA En otro caso tambieacuten en
Australia una liacutenea de doble circuito de 110 kV es repotenciada mediante la instalacioacuten
de un conductor XTACIRTW de 230 mm2 Por uacuteltimo se presenta un proyecto de una
liacutenea de 275 kV en Malasia donde se va a instalar conductor ZTACIR
En Italia recientemente se ha instalado una liacutenea con conductores ZTACIR [GRI05]
331 Estructura y materiales
El nuacutecleo estaacute formado por alambres de invar (aleacioacuten de Fe-36Ni que es la
abreviacioacuten de ldquoinvariable al cambio de temperaturardquo) El invar ha sido utilizado en
instrumentos de precisioacuten y en otras aplicaciones donde era necesario su bajo
coeficiente de expansioacuten teacutermica Debido a su baja resistencia a la rotura no fue
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
47
utilizado en conductores hasta que en 1980 Sumitomo e Hitachi desarrollaron el
conductor XTACIRTW [SAK81] Para este conductor desarrollaron un invar de
considerable resistencia a la rotura que aunque no alcanza a la del acero se aproxima
bastante
Los alambres de las capas externas son de aluminio tipo ZTAl en el ZTACIR y de
aluminio tipo XTAl en el XTACIRTW
Existen tres tipos de materiales empleados para el nuacutecleo de invar que son el el invar
galvanizado el invar recubierto de aluminio y el invar de alta resistencia mecaacutenica
recubierto de aluminio El primero en desarrollarse fue el invar recubierto de aluminio
que fue desarrollado para el XTACIRTW [SAK81] La principal caracteriacutestica del
revestimiento de aluminio es que proporciona al nuacutecleo alta capacidad contra la
corrosioacuten a la temperatura maacutexima de funcionamiento del conductor que es de 230 ordmC
en continuo El revestimiento de aluminio tiene como inconvenientes la reduccioacuten de la
resistencia mecaacutenica y el aumento del coeficiente de expansioacuten teacutermica Por ello es
importante que este revestimiento sea lo maacutes fino posible Posteriormente en 1985
con el desarrollo del ZTACIR aparecioacute el invar galvanizado con zinc [SAS85a] Como
la temperatura maacutexima de funcionamiento del conductor es de 210 ordmC en continuo el
invar galvanizado es suficiente para proporcionar la capacidad contra la corrosioacuten En
caso de precisarse una mayor resistencia a la corrosioacuten se puede combinar el ZTAL
con un alma de invar recubierto de aluminio (lo denominan ZTACIRAC) El invar
galvanizado no es adecuado para su uso en los conductores XTACIRTW pues a
230 ordmC se dantildea el galvanizado y se pierde la capacidad contra la corrosioacuten
Recientemente se ha presentado el invar de alta resistencia mecaacutenica recubierto de
aluminio [PAR05] que se utiliza como nuacutecleo del ZTACIR A eacuteste sus fabricantes lo
denominan Hi-STACIR Los conductores que comercializan TREFINASA y SAPREM
tienen tambieacuten alambres de invar de alta resistencia mecaacutenica recubiertos de aluminio
El coeficiente de expansioacuten teacutermica del invar es alrededor de 3 o 4 veces menor que el
del acero (Fig 37) En el caso del invar galvanizado la expansioacuten teacutermica sufre un
ligero cambio a la temperatura de 100 ordmC El coeficiente de expansioacuten teacutermica pasa de
valer 2810-6 ordmC-1 por debajo de la temperatura de transicioacuten a valer 3610-6 ordmC-1 por
encima de ella En el invar recubierto de aluminio ocurre tambieacuten algo similar En este
caso la temperatura del cambio es de 230 ordmC Por debajo de esta temperatura el
coeficiente de expansioacuten teacutermica tiene un valor de 3710-6 ordmC-1 mientras que por
encima su valor es de 10810-6 ordmC-1 [ISHI89]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
48
Fig 37 Coeficiente de expansioacuten teacutermica del acero y del invar [Ishikawa 89]
En la Tabla 37 se pueden apreciar coacutemo la resistencia mecaacutenica del invar es menor
que la del acero Tambieacuten se observa que la resistencia del invar galvanizado es
superior a la del invar recubierto de aluminio
Tabla 37 Comparacioacuten entre el acero y el invar
Coeficiente de
expansioacuten teacutermica (ordmC-1)
Tensioacuten de rotura
miacuten (kgmm2)
Moacutedulo elaacutestico
(kgmm2)
Acero galvanizado [Ishikawa 89] 11510-6 125-135 21000
Invar galvanizado [Ishikawa 89] 2810-6 (Tlt100 ordmC)
3610-6 (Tgt100 ordmC) 105-110 16500
Invar recubierto de aluminio [Ishikawa 89] 3710-6 (Tlt230 ordmC)
10810-6 (Tgt230 ordmC) 95-105 15500
Invar de alta resistencia recubierto de
aluminio [Park 05]
3710-6 (Tlt230 ordmC)
10810-6 (Tgt230 ordmC) 120-125 15500
Existen algunas diferencias entre la estructura del XTACIRTW por una parte y la
estructura del ZTACIR con invar galvanizado por otra [ISHI89] [FUR89] [FUR99] El
aacuterea del alma de invar recubierto de aluminio es mayor que el de invar galvanizado
Ademaacutes en el XTACIRTW se ha optado por una estructura compacta de aluminio
mediante alambres de aluminio trapezoidales (Fig 38) La estructura del ZTACIR con
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
49
invar galvanizado es ideacutentica al del ACSR tanto en el nuacutemero de alambres como en el
diaacutemetro de estos (Fig 39)
Fig 38 XTACIRTW
Fig 39 ZTACIR
Ademaacutes de conductores equivalentes a conductores estaacutendar japoneses (Tabla 38)
los fabricantes tambieacuten proporcionan conductores a medida seguacuten las necesidades
Tabla 38 Conductores equivalentes al ACSR 410 japoneacutes [ISH89] [FUR99]
Area nuacutecleo ZTACIR 6735
(mm2) XTACIRTW 1016
Area aluminio ZTACIR 4134
(mm2) XTACIRTW 3816
ACSR 410
Diaacutemetro (mm) ZTACIR 285
XTACIRTW 266
ACSR 285
Resistencia ZTACIR 12720
a rotura (kg) XTACIRTW 14270
ACSR 13887
Peso (kgkm) ZTACIR 1687
XTACIRTW 1776
ACSR 1673
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
50
Las empresas navarras TREFINASA y SAPREM ofrecen en su cataacutelogo conductores
ZTACIR equivalentes a los conductores ACSR de la norma espantildeola Asiacute ofrecen
conductores equivalentes al LA-110 LA-145 LA-180 Hawk Gull Condor y Cardinal
[TRE08]
Para aplicaciones donde la temperatura prevista no sea excesivamente elevada se
puede utilizar el TACIR que tiene los alambres exteriores de aluminio TAl
332 Herrajes y accesorios
Los herrajes utilizados con este tipo de conductores pueden ser similares a los
empleados con el ACSR lo cual facilita ademaacutes las tareas de instalacioacuten al posibilitar
la utilizacioacuten de las herramientas usuales No obstante es necesario tener en cuenta la
mayor densidad de corriente y la mayor temperatura a la hora de realizar el disentildeo de
los mismos
El disentildeo de la grapa de compresioacuten es ideacutentico al utilizado para el conductor ACSR
La uacutenica diferencia se encuentra en las mayores dimensiones [ISHI89] [PAR05]
[FUR89] [FUR99] Las grapas se disentildean de forma que no haya incremento de
temperatura en comparacioacuten con los de conductores convencionales Ademaacutes se
disentildean de forma que se puedan utilizar las herramientas de compresioacuten estaacutendar El
cuerpo de aluminio tiene mayores dimensiones que la del ACSR Sin embargo en el
caso del conductor ZTACIR el eacutembolo de acero es igual que el utilizado para el ACSR
Para el conductor XTACIRTW el eacutembolo de acero es mayor debido al mayor aacuterea del
nuacutecleo en este conductor En [FUR89] [FUR99] [PAR05] se comparan las
dimensiones de las grapas de amarres de compresioacuten correspondientes a conductores
ACSR y sus equivalente ZTACIR y XTACIRTW Como ejemplo en la Tabla 39 se
pueden ver las dimensiones de una grapa para un conductor de 410 mm2
Tabla 39 Dimensioacuten de grapa de compresioacuten para TACSR ZTACIR y XTACIRTW 410 mm2 [FUR89]
Aluminio Acero
Longitud L (mm) Diaacutemetro D (mm) Longitud Ls (mm) Diaacutemetro Ds (mm)
TACSR 571 48 120 24
ZTACIR 631 52 120 24
XTACIRTW 611 60 130 26
De forma anaacuteloga a las grapas de compresioacuten las dimensiones de los empalmes de
compresioacuten son mayores que los utilizados con el conductor ACSR [PAR05] [FUR89]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
51
[FUR99] Como ejemplo en la Tabla 310 se pueden ver las dimensiones de un
empalme para un conductor de 410 mm2
Tabla 310 Dimensioacuten de empalme de compresioacuten para TACSR ZTACIR y XTACIRTW 410 mm2 [FUR89]
Aluminio Acero
Longitud L (mm) Diaacutemetro D (mm) Longitud Ls (mm) Diaacutemetro Ds (mm)
TACSR 740 48 240 24
ZTACIR 860 52 240 24
XTACIRTW 810 60 260 26
La grapa de suspensioacuten tipo atornillada (bolted type) es igual que la del ACSR Se
puede emplear la grapa que le corresponderiacutea a un ACSR de diaacutemetro equivalente
Tambieacuten se emplean grapas de suspensioacuten de varillas helicoidales (Armour Grip
Suspension) [ROU06] Incorpora varillas de armado para reducir la temperatura de
superficie del conductor y el neopreno es especial para soportar las altas temperaturas
Los amortiguadores y separadores son los mismos que se utilizan para el conductor
ACSR [PAR05]
333 Proceso de instalacioacuten
Los procedimientos utilizados con este tipo de conductores son los convencionales
similares a los utilizados con el ACSR sin que haya nada que requiera especial
consideracioacuten [ISHI99] [PAR05]
334 Mantenimiento
En lo que se refiere al mantenimiento del conductor este se realiza del mismo modo
que su instalacioacuten de forma similar al ACSR
34 Conductores tipo gap con primera capa de aluminio formada por alambres trapezoidales ndash G(Z)TACSR
En 1971 Sumitomo Electric comercializoacute en Japoacuten el conductor GTACSR (Gap Type
Thermal-Resistant Aluminum Alloy Conductor Steel Reinforced) Este conductor se
caracteriza por el hueco que permite el deslizamiento relativo entre el alma de acero y
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
52
los alambres de aluminio Posteriormente a principio de los 80 comercializaron el
GZTACSR (Gap Type Super Thermal-Resistant Aluminum Alloy Conductor Steel
Reinforced) En ambos casos el hueco se garantiza gracias a una capa de alambres
de aluminio trapezoidales [SAS85b] [KOT00] [TUN00] [HOF04] [HOF05] [HOF06]
[KIK01] [SUM00] [YON05] [YON06]
La especial estructura de este tipo de conductores permite tenderlo del alma de acero
dejando las capas de aluminio libres de tensioacuten De este modo a temperaturas
superiores a la de tendido la tensioacuten estaacute soportada uacutenicamente por el alma de acero
dependiendo la flecha del conductor uacutenicamente de la expansioacuten del acero Por otro
lado a temperaturas inferiores a la de tendido la tensioacuten es soportada por todo el
conductor comportaacutendose eacuteste de forma similar a un conductor ACSR convencional
En 2001 las divisiones de conductores de Sumitomo Electric e Hitachi Cables formaron
J-Power Systems Corporation que es la compantildeiacutea que actualmente comercializa el
conductor Recientemente una empresa belga (Lamifil) se ha sumado a la produccioacuten
de este tipo de conductores Concretamente en 2003 registroacute un modelo de conductor
GZTACSR para su instalacioacuten en liacuteneas del Reino Unido Las empresas navarras
TREFINASA y SAPREM tambieacuten se han sumado a la produccioacuten de de estos
conductores Ademaacutes han desarrollado un sistema de tendido alternativo al utilizado
por J-Power Systems Corporation [SAP06]
A fecha de febrero de 2005 habiacutea 3187 km de conductor instalados [YON05] El 51
corresponde a conductores GTACSR y el 49 a GZTACSR En las Tabla 311 se
clasifican las liacuteneas instaladas en funcioacuten de la seccioacuten del conductor la tensioacuten de la
liacutenea el antildeo de instalacioacuten y el paiacutes donde se ha instalado
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
53
Tabla 311 G(Z)TACSR instalado por J-Power Systems Corporation [YON05]
Seccioacuten de
aluminio (mm2) km
instalados
620 3743
610 2041
480 93
413 11
410 3447
408 4316
370 6320
340 694
325 117
275 4799
265 1965
260 348
240 2519
200 90
170 1362
Antildeos km
instalados
Deacutecada 70 2287
Deacutecada 80 3999
Deacutecada 90 6972
2000-05 1861
Tensioacuten (kV)km
instalados
400 3743
275 74
220 7733
154 2554
132 12439
115 93
110 375
77 1539
66 3298
22 21
Paiacutes km
instalados
Japoacuten 983
Arabia Saudiacute 921
Libia 632
Reino Unido 374
Qatar 140
Italia 56
Omaacuten 509
Malasia 192
China 87
Canadaacute 11
Espantildea 05
Como se indica en [SAS85b] la mayor parte de conductores G(Z)TACSR se instalan
con objeto de repotenciar las liacuteneas A continuacioacuten se presentan algunos ejemplos de
liacuteneas instaladas
bull En [KIK91] se presenta el caso de una liacutenea de 132 kV situada en Arabia
Saudiacute donde se reemplaza el conductor existente ACSR Condor por un
conductor GTACSR de 408 mm2 con objeto de repotenciar la liacutenea Se
describen aspectos relacionados con la obra tales como su duracioacuten y las
caracteriacutesticas del proceso de instalacioacuten
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
54
bull En el Reino Unido National Grid ha repotenciado liacuteneas de 400 kV con
conductores GZTACSR trapezoidales de 620 mm2 [TUN00] [HOF05] En
[TUN00] se describen las pruebas realizadas para caracterizar el conductor el
proceso de instalacioacuten y cuestiones referidas al mantenimiento La temperatura
de disentildeo de las liacuteneas se define en 170 ordmC Se han instalado varias liacuteneas en
diversas etapas [HOF05]
bull Vano de prueba de 300 m en julio de 1998
bull 4 vanos de prueba para el proceso de instalacioacuten en septiembre de 1998
bull 75 km de liacutenea de circuito simple entre 1999 y 2000
bull 60 km de liacutenea de doble circuito en 2004
bull En [MEW03] se cita la repotenciacioacuten llevada a cabo en Omaacuten Se ha
reemplazado el conductor original por un GZTACSR de 240 mm2 compacto con
alambres de aluminio trapezoidales equivalente al Hawk La liacutenea citada es de
132 kV de circuito doble y con una longitud de 32 km
bull En Tailandia estaacute prevista la repotenciacioacuten de una liacutenea de 230 kV de 65 km
con conductor GZTACSR de 520 mm2 [YON06]
bull En Italia estaacute prevista la repotenciacioacuten de una liacutenea de 50 km [GRI05]
341 Estructura y materiales
El nuacutecleo estaacute formado por alambres de acero galvanizado de resistencia mecaacutenica
extra alta Este acero se conoce como acero EHS o acero Est En la Tabla 312 se
observa que la tensioacuten de rotura de este tipo de acero es mayor al utilizado en los
conductores ACSR
Tabla 312 Comparacioacuten entre el acero de resistencia extra alta y el utilizado en ACSR
Coeficiente de
expansioacuten teacutermica
(ordmC-1)
Tensioacuten de rotura
(kgmm2)
Moacutedulo elaacutestico
(GPa)
ACSR Acero convencional 11510-6 130 2059
G(Z)TACSR Est 11510-6 180 2059
Los alambres de las capas externas son de aluminio tipo TAl en el GTACSR y de
aluminio tipo ZTAl en el GZTACSR La capa de aluminio contigua al alma de acero estaacute
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
55
formada por alambres trapezoidales De esta forma se forma un hueco entre esta capa
de aluminio y el alma de acero Dicho hueco se rellena de grasa para facilitar el
deslizamiento entre ambas superficies Esta grasa tiene altas prestaciones teacutermicas y
ademaacutes de lubricar impermeabiliza y protege el nuacutecleo [KOT00] [YON05] El resto de
capas de aluminio estaacuten formadas bien por alambres de seccioacuten circular (Fig 310) o
por alambres trapezoidales (Fig 311)
Fig 310 G(Z)TACSR
Fig 311 GZTACSRTW Matthew [TUN00]
Los tamantildeos de los conductores aunque con algunas diferencias son equivalentes a
los conductores ACSR normalizados en Japoacuten La resistencia a rotura de los
G(Z)TACSR es mayor (Tabla 313)
Tabla 313 G(Z)TACSR equivalente al ACSR 410 japoneacutes
Area aluminio (mm2) G(Z)TACSR 4061
ACSR 410
Diaacutemetro (mm) G(Z)TACSR 28
ACSR 285
Resistencia a G(Z)TACSR 16877
rotura (kg) ACSR 13887
Peso (kgkm) G(Z)TACSR 1678
ACSR 1673
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
56
El fabricante tambieacuten se adapta a otro tipos de estaacutendares Asiacute en su cataacutelogo tambieacuten
dispone de conductores G(Z)TACSR equivalentes a ACSR que se aproximan al
estaacutendar ASTM o al estaacutendar britaacutenico
Tambieacuten es posible disentildear el conductor a medida Este es el caso del conductor
utilizado en el Reino Unido que ha sido disentildeado especiacuteficamente para ser instalado en
un tipo concreto de apoyo [TUN00] [HOF04[ [HOF05] Se trata de un conductor
GZTACSRTW de 620 mm2 que ha recibido el nombre de Matthew Todos los alambres
de aluminio son trapezoidales de forma que se reduce el diaacutemetro del conductor (Fig
311) La empresa belga Lamifil se ha sumado como proveedora de este tipo de
conductor
Otros casos de dimensiones especiales son los conductores instalados en Arabia
Saudiacute (408 mm2) [KIK01] Malasia (325 mm2) y Omaacuten (240 mm2) [SUM00]
Las empresas navarras TREFINASA y SAPREM ofrecen en su cataacutelogo conductores
GTACSR equivalentes a los conductores ACSR de la norma espantildeola Asiacute ofrecen
conductores equivalentes al LA-110 LA-145 LA-180 Hawk Gull Condor y Cardinal
[TRE08]
342 Herrajes y accesorios
Los herrajes son similares a los empleados con conductores ACSR No obstante
existen algunas diferencias debido a la mayor densidad de corriente a la mayor
temperatura y al disentildeo especial del conductor G(Z)TACSR
El disentildeo de la grapa de amarre de compresioacuten es ideacutentico al utilizado para el
conductor ACSR La uacutenica diferencia se encuentra en las dimensiones Se recomienda
emplear el tamantildeo inmediatamente superior al que le corresponderiacutea a un ACSR de
diaacutemetro equivalente [SAS85b] [KOT00] debido a la mayor intensidad transportada
por los conductores G(Z)TACSR Por ejemplo para un G(Z)TACSR de 410 mm2 se
recomienda utilizar la grapa correspondiente a un ACSR de 610 mm2 La temperatura
de disentildeo de la grapa de amarre de compresioacuten es de 120 ordmC [YON06] Ademaacutes
debido a la mayor resistencia del nuacutecleo de acero de resistencia extra alta del
G(Z)TACSR es necesario que el elemento de acero de la grapa sea tambieacuten maacutes
resistente Para ello basta con aumentar las dimensiones de dicho elemento de acero
En [YON05] se comparan las dimensiones de las grapas de amarres de compresioacuten
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
57
correspondientes a un ACSR Hen y a su equivalente G(Z)TACSR (Tabla 314) de
forma que se pueden observar las mayores dimensiones de la grapa para el
G(Z)TACSR Ademaacutes de los ensayos habituales se recomienda realizar un ensayo de
ciclo de calentamiento para evaluar su degradacioacuten [HOF06]
Tabla 314 Dimensioacuten de grapa de compresioacuten para conductor Hen ACSR y G(Z)TACSR [YON05]
Aluminio Acero
Longitud F (mm) Diaacutemetro D (mm) Longitud Ls (mm) Diaacutemetro Ds (mm)
ACSR 305 38 4 09
G(Z)TACSR 424 48 71 1
Fig 312 Grapa de compresioacuten para G(Z)TACSR [YON05]
La grapa de suspensioacuten es igual que la del ACSR Se puede emplear la grapa que le
corresponderiacutea a un ACSR de diaacutemetro equivalente [YON05] En el caso de instalar
varillas de proteccioacuten se opta por dividir estas en dos de forma que en el centro de la
grapa no haya varillas de proteccioacuten [SAS85b] [KOT00] [TUN00] Asiacute la presioacuten sobre
el conductor cierra el hueco entre aluminio y acero De esta forma el alma de acero
queda fijado a la grapa sin que deslice (Fig 313)
Fig 313 Grapa de suspensioacuten para G(Z)TACSR [KOT00]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
58
Para reducir la friccioacuten entre el alma y la capa exterior de aluminio del conductor el
fabricante recomienda dividir las liacuteneas de gran longitud en secciones de
aproximadamente cinco vanos mediante la instalacioacuten de unas horquillas en el
extremo inferior de los aisladores de suspensioacuten en lugar de grapas de suspensioacuten Es
lo que se denomina falso amarre El conductor se conecta a la horquilla mediante una
grapa de compresioacuten (Fig 314) Como la horquilla es de acero para que exista
continuidad eleacutectrica un elemento de aluminio conecta las dos grapas de compresioacuten
opuestas Para evitar la circulacioacuten de corriente a traveacutes del acero y prevenir un posible
deterioro a largo plazo en los falsos amarres instalados en el Reino Unido se ha
antildeadido un elemento aislante entre la horquilla de acero y una de las grapas de
compresioacuten como se puede observar en la Figura 314 [TUN00]
Fig 314 Falso amarre instalado en el Reino Unido [TUN00]
Debido al hueco el G(Z)TACSR absorbe mejor la energiacutea de las vibraciones [SAS85b]
[KOT00] Asiacute ensayos realizados muestran que a 10 Hz la absorcioacuten es 30 veces
mayor en un conductor G(Z)TACSR que en un ACSR y que a 40 Hz estaacute relacioacuten es de
5 [SAS85b] Por ello se puede utilizar un nuacutemero menor de amortiguadores Sin
embargo con la seguridad en mente es habitual utilizar el mismo nuacutemero de
amortiguadores que para los ACSR [KOT00] Se pueden utilizar amortiguadores
utilizados para ACSR [KOT00] [YON05] En el Reino Unido para las liacuteneas con
conductores dobles GZTACSR han puesto amortiguadores Stockbridge estaacutendar igual
que lo hariacutean para liacuteneas con conductores convencionales AAAC [TUN00]
El disentildeo de la capa de aluminio formado por alambres trapezoidales hace que se
mantenga el hueco a pesar de la presioacuten que ejercen los separadores por lo que la
fuerza de friccioacuten entre el aluminio y el acero no se ve alterado Por ello se pueden
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
59
utilizar separadores utilizados para ACSR [KOT00] [YON05] Lo que siacute se debe tener
en cuenta es que el diaacutemetro del conductor debe coincidir con el diaacutemetro de disentildeo
del separador Puede que existan diferencias entre conductores ACSR y G(Z)TACSR
equivalentes En el Reino Unido para las liacuteneas con conductores dobles GZTACSR
han puesto separadores amortiguadores igual que lo hariacutean para liacuteneas con
conductores AAAC [TUN00] Sin embargo se han considerado requerimientos teacutermicos
adicionales La temperatura que deben soportar los elementos elastomeacutericos se ha
definido a partir de ensayos con el conductor a su maacutexima temperatura
343 Proceso de instalacioacuten
El proceso de instalacioacuten del conductor es criacutetico para la propiedad de flecha pequentildea
del conductor La clave estaacute en que cuando el conductor quede instalado el aluminio no
soporte tensioacuten alguna Para ello el proceso de instalacioacuten es especial [SAS85b]
[KIK91] [KOT00] [TUN00] [YON05] [SAP06] [LAN07b] La diferencia fundamental
respecto a la instalacioacuten de un conductor ACSR reside en la instalacioacuten del amarre de
compresioacuten
Recientemente al meacutetodo de instalacioacuten utilizado habitualmente por J-Power se le ha
sumado un meacutetodo alternativo propuesto por la empresa navarra SAPREM [SAP06]
[LAN07b]
3431 Meacutetodo J-Power
Como se ha comentado la diferencia fundamental respecto a la instalacioacuten de un
conductor ACSR reside en la instalacioacuten del amarre de compresioacuten En el proceso de
instalacioacuten del amarre hay que realizar un destrenzado y retrenzado de las capas de
aluminio Una vez tensado el conductor mediante la grapa auxiliar de aluminio hasta
aproximadamente el 70 de la traccioacuten que le corresponde se corta el conductor
dejando suficiente longitud para la realizacioacuten de las grapas de amarre A continuacioacuten
se inserta en el conductor el cuerpo de aluminio de la grapa de amarre a instalar y se
procede a destrenzar las capas de aluminio del conductor Esta operacioacuten se realiza
con especial cuidado para evitar dantildeos en el propio conductor Seguidamente se limpia
el alma de acero de la grasa existente y se conecta el alma del conductor mediante una
grapa auxiliar para acero a las crucetas Posteriormente se procede a tensar a traveacutes
de la grapa auxiliar para acero hasta conseguir la flecha correspondiente para la
temperatura ambiente en funcioacuten de las tablas de tendido La tensioacuten se transfiere muy
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
60
lentamente de las capas de aluminio al alma de acero para reducir al maacuteximo la friccioacuten
en cada punto de suspensioacuten Con el fin de conseguir el correcto asentamiento de las
diferentes capas del conductor y asiacute el aluminio no soporte tensioacuten se deja el
conductor en reposo durante cierto tiempo que puede ser superior a 24 horas
dependiendo de las caracteriacutesticas del vano Transcurrido ese tiempo se vuelve a
ajustar la flecha tensando a traveacutes de las grapas auxiliares para acero Seguidamente
se corta el alma de acero a la medida exacta para la realizacioacuten de la grapa en funcioacuten
de la cadena de amarre y se comprime el eacutembolo de acero de dicha grapa de forma
adecuada Posteriormente se conecta la cadena de aisladores al eacutembolo de acero de
la grapa se desmonta la grapa auxiliar para acero y se procede a retrenzar de nuevo
las capas de aluminio destrenzadas con el mismo cuidado de no dantildear el conductor
Finalmente se completa la compresioacuten del cuerpo de aluminio de la grapa y se
desmonta la grapa auxiliar para aluminio
En el caso de que haya determinado nuacutemero elevado de torres de suspensioacuten
contiguas es necesario la instalacioacuten de un falso amarre en una torre de suspensioacuten
(Fig 314)
3432 Meacutetodo SAPREM
La caracteriacutestica fundamental del meacutetodo SAPREM es que evita la realizacioacuten del
destrenzado y retrenzado de las capas de aluminio [SAP06] [LAN07b]
Una vez tensado el conductor mediante la grapa auxiliar de aluminio hasta
aproximadamente el 70 de la traccioacuten que le corresponde se corta el conductor
dejando suficiente longitud para la realizacioacuten de las grapas de amarre A continuacioacuten
se inserta en el conductor el cuerpo de aluminio de la grapa de amarre a instalar
Seguidamente se cortan las capas de aluminio capa a capa utilizando herramientas
de corte apropiadas y poniendo especial cuidado en no dantildear los alambres del nuacutecleo
Antes de realizar el corte se pone una brida para evitar el destrenzado del aluminio
Seguidamente se limpia el alma de acero de la grasa existente y se introduce el
eacutembolo de acero que debe ser pasante y de horquilla Posteriormente el nuacutecleo se
enhebra a la maacutequina de tensado que previamente ha sido amarrada a la cruceta La
maacutequina de tensado ha sido disentildeada por SAPREM especiacuteficamente para el tendido
de estos conductores Accionando la maacutequina de tensado se procede a tensar el acero
hasta conseguir la flecha correspondiente para la temperatura ambiente en funcioacuten de
las tablas de tendido Con el fin de conseguir el correcto asentamiento de las diferentes
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
61
capas del conductor y asiacute el aluminio no soporte tensioacuten se deja el conductor en
reposo durante cierto tiempo que variaraacute dependiendo de las caracteriacutesticas del vano
Transcurrido ese tiempo se vuelve a ajustar la flecha tensando a traveacutes de la maacutequina
de tensado Seguidamente se cortan las capas de aluminio a medida para proceder
despueacutes a la compresioacuten del eacutembolo de acero Posteriormente se posiciona el cuerpo
de aluminio de la grapa de amarre encima del eacutembolo de acero y sobre eacutel se amarra
una brida de sujecioacuten auxiliar Esta brida se conecta a la cruceta y se utiliza para tomar
el tense del conductor Asiacute se procede despueacutes a cortar el sobrante del alma en la
horquilla del eacutembolo y se coloca un tapoacuten en el mismo En esta operacioacuten queda
liberada la maacutequina de tensado del cable Se conecta el eacutembolo de acero a la cadena
de aisladores y se procede a la compresioacuten del cuerpo de aluminio Por uacuteltimo se
desmonta la grapa auxiliar para aluminio
344 Mantenimiento
El mantenimiento de este tipo de conductores al igual que su instalacioacuten exige la
utilizacioacuten de procedimientos especiales [TUN00]
Si bien los dantildeos leves de la liacutenea pueden solucionarse mediante la utilizacioacuten de
varillas helicoidales en el caso de presentarse averiacuteas maacutes graves que requieran la
insercioacuten de un tramo de conductor debe tenerse mucho cuidado al bajar el conjunto al
suelo debido a que la contraccioacuten elaacutestica del acero puede conducir a la aparicioacuten de
esfuerzos de compresioacuten en el aluminio Ademaacutes debe evitarse doblar el conductor
para prevenir la aparicioacuten de inestabilidad en los alambres de aluminio que origine la
produccioacuten del efecto de jaula de paacutejaro
Para realizar la insercioacuten de un tramo de conductor despueacutes de bajar los conductores
de liacutenea se aplican sendas grapas a cada lado del trozo que se pretende cortar
(usualmente de unos 20 m de longitud) Estas grapas comprimen la aleacioacuten de
aluminio sobre el alma del conductor de manera que esto retiene las fuerzas de
compresioacuten en el aluminio A continuacioacuten se corta el tramo de conductor dantildeado y se
sustituye por uno nuevo con los manguitos de aluminio insertados previamente sobre
eacutel Se ajusta la longitud del alma de acero para igualar exactamente al trozo eliminado
teniendo en cuenta el manguito de acero y el aumento de longitud del conductor
cuando se comprime el manguito Se comprime el manguito de acero y se vuelve a
tensar el conductor Para finalizar desde una plataforma hidraacuteulica se eliminan las
grapas se corta el aluminio y se deslizan y comprimen los manguitos de aluminio sobre
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
62
los manguitos de acero El comportamiento de la liacutenea en cuanto a aumento de flecha
con la temperatura no se ve alterado [TUN00]
35 Conductores de aluminio de altas prestaciones teacutermicas con nuacutecleo de composite de fibras de alumina con matriz de aluminio - ZTACCR
El ZTACCR (Aluminum Conductor Composite Reinforced) es un conductor desarrollado
por 3M en Estados Unidos [DEVE04] [3M03] [3M05] [CLA03] [CLA05] [CLA06]
[RED05] [CUS06] [BEA06] [McCU06] [McCU07] [McCO06] Se caracteriza por
sustituir el nuacutecleo de acero por material composite que hace que el conductor sea maacutes
ligero resistente y con un coeficiente de expansioacuten teacutermica menor Ademaacutes incorpora
aluminio en el composite del nuacutecleo lo que mejora su conductividad
Conviene precisar que el fabricante le denomina simplemente ACCR Sin embargo por
coherencia al tener alambres de aluminio tipo ZTAl en este estudio se le va a
denominar ZTACCR
Debido a que este conductor ha sido desarrollado recientemente el nuacutemero de
instalaciones son contadas y la mayoriacutea han sido instalaciones piloto con objeto de
verificar las caracteriacutesticas del ZTACCR [3M03a] [3M03b] [3M05] [CLA03] [CLA05]
[RED05] [CUS06] La primera instalacioacuten comercial de consideracioacuten data de 2005
cuando se repotencioacute una liacutenea de 16 km de 115 kV con un conductor ZTACSR de 403
mm2 (795 kcmil) [BEA06]
351 Estructura y materiales
El nuacutecleo estaacute formado por alambres de composite de fibras de alumina con matriz de
aluminio Estos alambres se trenzan de manera convencional de forma que el nuacutecleo
estaacute formado por varios alambres trenzados El diaacutemetro de los alambres va desde 19
mm hasta 29 mm Cada alambre contiene unas 25000 fibras de alumina de muy alta
resistencia de 12 microm de diaacutemetro Las fibras son continuas y estaacuten orientadas en la
direccioacuten longitudinal del alambre
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
63
Fig 315 Composicioacuten de un alambre del nuacutecleo [3M 03a]
Asiacute se consigue la resistencia y la rigidez del acero con un peso menor Pesa un poco
menos que la mitad de lo que pesa el acero tiene mejor conductividad y la expansioacuten
teacutermica es la mitad de la del acero (Tabla 315)
Tabla 315 Propiedades del composite [3M03a]
Propiedad Valor
Tensioacuten de rotura 1406 kgmm2
Densidad 333 gcm3
Moacutedulo elaacutestico 21795-23200 kgmm2
Conductividad 23-25 IACS
Expansioacuten Teacutermica (20 ordmC) 6 10-6 ordmC-1
Temperatura de emergencia 300 ordmC
Debido al tipo de material del nuacutecleo no es necesario una proteccioacuten especial contra la
corrosioacuten
Las capas exteriores estaacuten formadas por alambres de aluminio de altas prestaciones
teacutermicas del tipo ZTAl
En cuanto a la estructura del conductor ZTACCR los alambres de aluminio son
circulares (Fig 316) Los alambres del nuacutecleo son tambieacuten circulares Los alambres de
aluminio tambieacuten pueden ser trapezoidales formando el conductor ZTACCRTW
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
64
Figura 316 ZTACCR
Los tamantildeos de los conductores ZTACCR son equivalentes a los conductores
normalizados ACSR en el aacuterea del aluminio el diaacutemetro del conductor y la carga de
rotura Sin embargo son maacutes ligeros Como ejemplo en la Tabla 316 se compara el
conductor tipo Hawk
Tabla 316 Conductor ZTACCR equivalente al ACSR Hawk
ACSR ZTACCR
Area aluminio (mm2) 2417 241
Diaacutemetro (mm) 2178 218
Resistencia a rotura (kg) 8845 8837
Peso (kgkm) 9761 802
En el cataacutelogo hay una docena de tamantildeos de conductores desde los 170 mm2 (336
kcmil) de seccioacuten de aluminio equivalente al Linnet hasta los de 806 mm2 (1590 kcmil)
equivalente al Falcon
352 Herrajes y accesorios
Los herrajes aunque de caracteriacutesticas similares a los convencionales se han
disentildeado especiacuteficamente para este tipo de conductores [3M03a] [3M03b] [3M05]
[McCU06] [McCO06] Como en todos los conductores de altas prestaciones teacutermicas
la mayor densidad de corriente y la mayor temperatura condicionan el disentildeo Pero
ademaacutes se debe tener especial cuidado en no dantildear el nuacutecleo de composite del
conductor
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
65
Se utilizan dos tipos de grapas de amarre las grapas de amarre de compresioacuten
fabricadas por Alcoa y las retenciones de anclaje fabricadas por Preformed Line
Products-PLP
La grapa de compresioacuten fabricada por Alcoa es similar al utilizado en conductores
ACSS pero adaptado para evitar que los alambres del nuacutecleo se aplasten sufran cortes
o se curven [McC006] El eacutembolo de acero tiene en su interior un manguito de aluminio
con objeto de que el nuacutecleo no se aplaste (Fig 317) Se inyecta una pasta
denominada HiTemp ACF (Alcoa Filler Compound) entre el cuerpo de aluminio y el
eacutembolo de acero para evitar la corrosioacuten Ademaacutes estaacute disentildeado para funcionamiento a
alta temperatura
Fig 317 Instalacioacuten de la grapa de amarre de compresioacuten de Alcoa [McC006]
Preformed Line Products-PLP ha disentildeado grapas de amarre de varillas helicoidales
(retenciones de anclaje) (THERMOLIGNreg Dead-end) tiene un disentildeo que permite
minimizar las fuerzas de compresioacuten en el conductor Utiliza varillas de proteccioacuten para
reducir la temperatura y mejorar la fuerza de agarre Los materiales utilizados son
acero recubierto de aluminio para tener buena resistencia mecaacutenica y aleacioacuten de
aluminio para la disipacioacuten de calor Estaacuten disentildeadas para que el conductor pueda
alcanzar los 250 ordmC [WHA06]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
66
Tanto Alcoa como Preformed Line Products-PLP han disentildeado empalmes el primero
de compresioacuten y el segundo formado por varillas helicoidales El empalme de
compresioacuten de Alcoa es similar a la grapa de compresioacuten [McCO06] La retencioacuten de
empalme de Preformed Line Products-PLP estaacute formada por dos capas de varillas
helicoidales de aleacioacuten de aluminio [WHA06]
Las grapas de suspensioacuten armada para el conductor ZTACCR son fabricadas por
Preformed Line Products-PLP (THERMOLIGNreg Suspension) y estaacuten disentildeadas para
prevenir que los alambres del nuacutecleo se curven en exceso Incorporan dos capas de
varillas de proteccioacuten una por encima del elastoacutemero y otra por debajo [BEA06] Estaacuten
disentildeadas para que el conductor pueda alcanzar los 250 ordmC [WHA06]
Los amortiguadores son iguales a los utilizados en los conductores ACSR Se utilizan
amortiguadores de Alcoa [3M03]
353 Proceso de instalacioacuten
En principio el proceso de instalacioacuten es similar al de un conductor ACSR La
instalacioacuten se realiza de acuerdo al estaacutendar 524 de IEEE pero con algunos
requerimientos adicionales con objeto de evitar que el nuacutecleo se dantildee [3M03] [BEA06]
Entre otros
bull Se especifican unos diaacutemetros miacutenimos para las poleas En los apoyos de
amarre las poleas son dobles y de 28rdquo (71 cm) cada uno En los apoyos de
suspensioacuten son simples y de 36rdquo (91 cm)
bull Como sistema auxiliar de tendido del conductor se recomienda el DG
(Distribution Grip) formado por varillas helicoidales preformadas No deben
utilizarse sistemas auxiliares de tendido riacutegidos como el Chicago Grip
bull No debe apoyarse el conductor en el suelo es decir el proceso de tendido se
realiza a tensioacuten
36 Conductores de aluminio recocido con nuacutecleo de composite de fibras de vidrio y carbono con matriz de resina - ACCCTW
El ACCCTW (Aluminum Conductor Composite Core) es un conductor desarrollado por
Composite Technology Corporation (CTC) y General Cable en Estados Unidos
[CTC05] [ALA05] [ALB06] [CHA06] [BRY06] [BRY07]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
67
Debido a la corta edad de este conductor el nuacutemero de instalaciones es pequentildeo Las
primeras instalaciones han sido instalaciones piloto y a partir de 2006 se han realizado
varias instalaciones de mayor tamantildeo
361 Estructura y materiales
El nuacutecleo es un uacutenico alambre circular de material composite Es fabricado por
Composite Technology Corporation (CTC) Estaacute compuesto por fibras de vidrio y
carbono embebidos en una resina (Fig 318)
Fig 318 Nuacutecleo de ACCCTW
Asiacute se consigue una resistencia mayor que el acero con un peso menor Ademaacutes la
expansioacuten teacutermica es tambieacuten bastante menor que la del acero (Tabla 317)
Tabla 317 Propiedades del composite del nuacutecleo del ACCCTW
Propiedad Valor
Tensioacuten de rotura 246 kgmm2
Densidad 1935 gcm3
Expansioacuten Teacutermica (20 ordmC) 161 10-6 ordmC-1
Temperatura de emergencia 200 ordmC
Las capas exteriores estaacuten formadas por alambres trapezoidales de aluminio recocido
similares a los utilizados en el ACSSTW (Fig 319)
Fibras de Carbono
Fibras de Vidrio
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
68
Fig 319 ACCCTW
Los tamantildeos de los conductores son equivalentes a los conductores normalizados
ACSR solamente en el diaacutemetro del conductor Asiacute para un diaacutemetro equivalente al de
un conductor ACSR el aacuterea de aluminio es mayor (alrededor de un 28 ) debido a la
configuracioacuten de las capas exteriores La carga de rotura es mayor tambieacuten debido al
material composite del nuacutecleo El peso es menor
En el cataacutelogo hay diez tamantildeos de conductores desde el equivalente al Linnet hasta el
equivalente al Bluebird Como ejemplo en la Tabla 318 se compara el conductor tipo
Hawk Se pueden ver las diferencias entre el ACSR y el ACCCTW
Tabla 318 Conductor ACCCTW equivalente al ACSR Hawk
ACSR ACCCTW
Area aluminio (mm2) 2417 3096
Diaacutemetro (mm) 2178 2178
Resistencia a rotura (kg) 8845 10523
Peso (kgkm) 9761 9092
362 Herrajes y accesorios
Los herrajes aunque de caracteriacutesticas similares a los convencionales se han
disentildeado especiacuteficamente para este tipo de conductores [CHA06] Como en todos los
conductores de altas prestaciones teacutermicas la mayor densidad de corriente y la mayor
temperatura condicionan el disentildeo Pero ademaacutes se debe tener especial cuidado en
no dantildear el nuacutecleo de composite del conductor
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
69
La grapa de compresioacuten ha sido disentildeada especialmente por Burndy para el conductor
ACCCTW [BUR05] [CTC05d] [CHA06] El nuacutecleo de composite se sujeta mediante un
collet de acero que se comprime al ser introducido en una cubierta especiacutefica (collet
housing) de acero Posteriormente el eacutembolo de acero se rosca en la cubierta del
collet El cuerpo de aluminio incorpora en su interior un manguito de aluminio Antes de
comprimir la grapa se introduce una pasta para proteger de la corrosioacuten (PENETROXTM
A13)
Fig 320 Instalacioacuten de la grapa de compresioacuten [BUR05]
El empalme de compresioacuten de Burndy es similar a la grapa de compresioacuten En este
caso se instala un collet en cada extremo de los conductores a empalmar y se unen
mediante un empalme roscado (Fig 321)
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
70
Fig 321 Instalacioacuten del empalme de compresioacuten [BUR05]
Las grapas de suspensioacuten utilizadas para los conductores ACCCTW son las mismas
que las utilizadas para conductores ACSR Se utilizan grapas de suspensioacuten de Burndy
[CHA06]
Las grapas de suspensioacuten armada tambieacuten se utilizan [ALB06] Son fabricadas por
Preformed Line Products-PLP (THERMOLIGNreg Suspension) y estaacuten disentildeadas para
prevenir que los alambres del nuacutecleo se curven en exceso
Los amortiguadores son iguales a los utilizados en los conductores ACSR Se utilizan
amortiguadores de Burndy [CHA06]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
71
363 Proceso de instalacioacuten
Debido a que el aluminio estaacute completamente recocido es necesario tener especial
cuidado al manejar el conductor para no dantildear su superficie Ademaacutes el conductor no
se puede doblar en exceso debido a la fragilidad de las fibras del nuacutecleo Por ello el
proceso de instalacioacuten de los conductores ACCCTW presenta una serie de
particularidades respecto a la instalacioacuten de los conductores ACSR [CTC04b]
bull El conductor no debe doblarse en exceso El radio de curvatura nunca debe ser
menor que 10 veces el diaacutemetro del mismo
bull El tendido es en tensioacuten ya que el arrastre del conductor por el suelo puede
provocar que se dantildee su superficie
bull Entre otras precauciones se debe prestar especial atencioacuten al tipo de grapa
auxiliar de tendido
bull El diaacutemetro de las poleas debe ser al menos 20 veces el diaacutemetro del conductor
y el de las maacutequinas de tiro y freno debe ser al menos 40 veces mayor
Al instalarse las grapas de compresioacuten debido a que el aluminio es blando se puede
producir el birdcaging del aluminio Cuando ocurre se puede reparar a mano mediante
bloques especiales de madera [ALB06]
37 Comparacioacuten entre conductores
Se van a comparar las principales caracteriacutesticas de los conductores descritos Hay
que tener presente que no existe un conductor mejor que los demaacutes para todas las
caracteriacutesticas Por ejemplo un tipo de conductor puede tener un valor pequentildeo de
resistencia eleacutectrica pero a costa de un peso mayor Otro tipo de conductor puede
tener un coeficiente de expansioacuten menor pero a costa de una menor resistencia a la
traccioacuten
Por lo tanto en este apartado no se va a concluir cuaacutel es el mejor conductor sino que
se van a comparar los diferentes conductores entre siacute para cada caracteriacutestica Luego
en funcioacuten de la aplicacioacuten seraacute maacutes adecuado un tipo de conductor u otro
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
72
371 Estructura
En la Tabla 319 se pueden comparar los diversos conductores en funcioacuten de los
materiales que componen el nuacutecleo y el exterior de cada conductor
Tabla 319 Estructura
Nuacutecleo Exterior
ACSS
ACSSTW Aluminio recocido
bull Acero recubierto de aluminio
bull Acero con bantildeo de galfan
bull Acero galvanizado
ZTACIR ZTAl
bull Invar galvanizado
bull Invar recubierto de aluminio
XTACIRTW Invar recubierto de aluminio XTAl
GTACSR Acero galvanizado Hueco entre nuacutecleo y exterior TAl
GZTACSR Primera capa exterior
de alambres trapezoidales ZTAl
ZTACCR Fibras de alumina con matriz de aluminio ZTAl
ACCCTW Fibras de vidrio y carbono con matriz de resina Aluminio recocido
372 Prestaciones teacutermicas
Las prestaciones teacutermicas dependen de los materiales utilizados tanto para el nuacutecleo
como para las capas exteriores En la Tabla 320 se observan las temperaturas maacuteximas
de cada tipo de conductor
Tabla 320 Prestaciones teacutermicas
Temperatura maacutexima (ordmC)
ACSS 200-250
ZTACIR 210
XTACIRTW 230
GTACSR 150
GZTACSR 210
ZTACCR 210
ACCCTW 175
En la mayoriacutea de los conductores el liacutemite de temperatura viene determinado por el
liacutemite del aluminio (TAl ZTAl o XTAl) Sin embargo en los conductores con aluminio
recocido el liacutemite depende del nuacutecleo
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
73
En el caso del conductor ACSS como el aluminio ha sido recocido por encima de 400
ordmC en el proceso de produccioacuten las temperaturas de servicio del conductor no le
afectan Por lo tanto el liacutemite de temperatura viene determinado por el deterioro del
recubrimiento protector de los alambres de acero o por una peacuterdida de resistencia a la
tensioacuten mecaacutenica en el acero Southwire fija en 250 ordmC el liacutemite de temperatura en
continuo para aquellos conductores con alambres de acero con revestimiento de
aluminio o con bantildeo de galfan [SOU03] [THR99] General Cable fija en 200 ordmC el liacutemite
de temperatura en continuo para todos los tipos de conductores independientemente
del tipo de acero en el nuacutecleo incluyendo el acero galvanizado [GEN02] [BAK05] Las
compantildeiacuteas eleacutectricas y los fabricantes de herrajes fijan la maacutexima temperatura de los
ACSS en 200 ordmC
En la hoja de caracteriacutesticas del ACCCTW se especifica que la temperatura maacutexima
de funcionamiento en reacutegimen permanente es de 175 ordmC Para periodos breves de
tiempo podriacutea alcanzar hasta 200 ordmC En este caso es tambieacuten el nuacutecleo el que limita
la temperatura del conductor
373 Expansioacuten teacutermica
La expansioacuten teacutermica equivalente α del conductor depende del coeficiente de expansioacuten
del moacutedulo elaacutestico y del aacuterea del material del nuacutecleo y del aluminio [IEC1597]
nnaa
nnnaaa
AEAEAEAE
+sdotsdot+sdotsdot
=αα
α (31)
donde αa Ea y Aa son el coeficiente de expansioacuten el moacutedulo elaacutestico y la seccioacuten del
aluminio y αn En y An los del nuacutecleo
Debido a que la expansioacuten teacutermica del aluminio utilizado en las capas exteriores es
similar en todos los conductores la diferencia entre ellos es debida fundamentalmente al
material del nuacutecleo Asiacute se distinguen tres tipos de materiales para el nuacutecleo el acero el
invar y el composite Los dos uacuteltimos tienen una expansioacuten teacutermica considerablemente
menor que la del acero (Tabla 321)
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
74
Tabla 321 Expansioacuten teacutermica
Expansioacuten teacutermica del nuacutecleo αn (ordmC-1)
Nuacutecleo
ACSS 11510-6 Acero galvanizado
Acero con bantildeo de galfan
1310-6 Acero recubierto de aluminio (20 SA)
ZTACIR 2810-6 (Tlt100 ordmC)
3610-6 (Tgt100 ordmC) Invar galvanizado
XTACIRTW 3710-6 (Tlt230 ordmC)
10810-6 (Tgt230 ordmC) Invar recubierto de aluminio
11510-6 Acero galvanizado G(Z)TACSR
11810-6 Acero recubierto de aluminio (13 SA)
ZTACCR 6310-6 Fibras de alumina con matriz de aluminio
ACCCTW 16110-6 Fibras de vidrio y carbono con matriz de resina
Por encima de la temperatura de transicioacuten la expansioacuten teacutermica depende
exclusivamente del nuacutecleo Como por encima de esta temperatura el coeficiente de
expansioacuten del conductor se reduce lo deseable es una temperatura de transicioacuten lo maacutes
baja posible La temperatura de transicioacuten es un valor que depende del tipo de
conductor de sus caracteriacutesticas (seccioacuten del nuacutecleo y del exterior) de la longitud del
vano y de la maacutexima traccioacuten a lo largo de la vida del conductor En teoriacutea la menor
temperatura de transicioacuten es la del conductor ACSS que puede estar por debajo de
0 ordmC No obstante esto estaacute condicionado al pretensado del conductor durante la
instalacioacuten Esta praacutectica es peligrosa y no es muy habitual por lo que la temperatura de
transicioacuten de los ACSS seraacute mayor habitualmente por encima de la temperatura
ambiente Por lo tanto se puede decir que el conductor con menor temperatura de
transicioacuten es el de los conductores tipo gap G(Z)TACSR donde su valor es igual a la
temperatura ambiente del momento de instalacioacuten Para todos los demaacutes conductores
las temperaturas de transicioacuten estaacuten por encima de este valor
374 Resistencia a la traccioacuten
La resistencia a rotura depende del material del nuacutecleo del tipo de aluminio y del aacuterea
de cada uno La elongacioacuten de los hilos antes de romperse tambieacuten debe considerarse
para prever quieacuten se va a romper antes el nuacutecleo o el exterior de aluminio (Tabla 322)
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
75
Tabla 322 Elongacioacuten miacutenima
Material del alambre Elongacioacuten miacutenima ()
Aluminio duro [ASTM B230] 12 ndash 22
Aleacioacuten de aluminio TAl ZTAl XTAl [KAW91] 12 ndash 22
Aluminio recocido [ASTM B609] 20
Acero galvanizado [ASTM B498] 3 - 4
Acero recubierto de aluminio [ASTM B502] 15
Invar galvanizado [FUJ96] 15
Invar recubierto de aluminio [FUJ96] 15
Fibras de alumina con matriz de aluminio ndash 3M ---
Fibras de vidrio y carbono con matriz de resina ---
En el caso de conductores con aluminio duro o aleacioacuten de aluminio de altas
prestaciones teacutermicas la resistencia de los conductores es igual a la suma de la
resistencia de la parte de aluminio (Tabla 323) y la resistencia del nuacutecleo (Tabla 324)
correspondiente a un alargamiento compatible con el del aluminio en el momento de la
rotura Por razones de especificacioacuten y comodidad esta resistencia corresponde al 1
del alargamiento [UNE50182] [ASTM B232] Por encima de esta elongacioacuten el aluminio
se rompe de forma que el esfuerzo que soportaba pasa al acero producieacutendose su
rotura Por lo tanto para el caacutelculo de la resistencia del ACSR no se tiene en cuenta la
resistencia uacuteltima de los alambres de acero sino su tensioacuten cuando la elongacioacuten es del
1
En el caso de los conductores con aluminio recocido por el contrario se considera la
resistencia uacuteltima de los alambres del nuacutecleo (Tabla 324) El aluminio recocido es
mucho maacutes duacutectil que el nuacutecleo por lo que el primero que rompe es el nuacutecleo Por ello
se considera la resistencia uacuteltima de los alambres del nuacutecleo Seguacuten se especifica en el
estaacutendar ASTM B856 para el caacutelculo de la resistencia a la traccioacuten del ACSS se
considera la resistencia uacuteltima de los alambres de acero y el 96 de la resistencia de
los alambres de aluminio Este mismo meacutetodo se propone para el caacutelculo de la
resistencia a la traccioacuten del ACCCTW [ALA05]
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
76
Tabla 323 Resistencia a rotura del exterior de aluminio
Tipo de aluminio Resistencia a la
traccioacuten (kgmm2)
ACSR Al [UNE50189] 163 ndash 204
ACSS Aluminio recocido [ASTM
B609] 6 ndash 98
ZTACIR ZTAl [Hitachi 99] 162 ndash 179
XTACIRTW XTAl [Hitachi 99] 162 ndash 179
GTACSR TAl [Hitachi 99] 162 ndash 179
GZTACSR ZTAl 162 ndash 179
ZTACCR ZTAl 162 ndash 179
ACCCTW Aluminio recocido 6 ndash 98
Tabla 324 Resistencia a rotura del nuacutecleo
Nuacutecleo
Tensioacuten al 1 del
alargamiento (kgmm2)
Resistencia a la traccioacuten (kgmm2)
ACSR Acero galvanizado (ST1A) [UNE50189] 112 - 119 133 - 143
ACSS Acero recubierto de aluminio [ASTM B502] 112 - 123 123 - 137
ACSSTW Acero galvanizado [ASTM B498] 119 - 133 140 - 147
Acero con bantildeo de galfan [ASTM B802] 119 - 133 140 - 147
Acero de alta resistencia galvanizado [ASTM B606] 137 - 147 154 - 165
Acero de alta resistencia con bantildeo de galfan [ASTM
B803] 137 - 147 154 - 165
Acero de resistencia extra-alta con bantildeo de galfan
[KRA05] 156 - 167 174 - 186
Acero de resistencia ultra-alta con bantildeo de galfan
[KRA05] 169 - 183 189 - 205
ZTACIR Invar galvanizado [HIT99] --- 105 - 110
Invar recubierto de aluminio [HIT99] --- 95 - 105
Invar de alta resistencia recubierto de aluminio [PAR05] --- 120 - 125
XTACIRTW Invar recubierto de aluminio --- 95 - 105
G(Z)TACSR Acero de resistencia extra-alta galvanizado [YON05] 180
ZTACCR Fibras de alumina con matriz de aluminio [3M03] --- 1406
ACCCTW Fibras de vidrio y carbono con matriz de resina - CGPM
[CTC 05b] --- 246
Esta caracteriacutestica se ha analizado suponiendo conductores equivalentes entre siacute en
tamantildeo Asiacute
bull En el conductor ACSS el aluminio praacutecticamente no contribuye a soportar la
carga mecaacutenica la tensioacuten maacutexima de rotura del conductor ACSS depende del
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
77
contenido de acero en el nuacutecleo del conductor Seguacuten se especifica en el
estaacutendar ASTM B856 para el caacutelculo de la resistencia a rotura del ACSS se
considera la resistencia uacuteltima de los alambres de acero y el 96 de la
resistencia de los alambres de aluminio
bull El conductor ACSSTW con equivalencia en aacuterea tiene un aacuterea ideacutentica tanto
para el acero como el aluminio por lo tanto su resistencia es igual al ACSS y por
tanto menor que el ACSR
bull El conductor ACSSTW con equivalencia en diaacutemetro tiene un aacuterea mayor tanto
para el acero como para el aluminio por lo tanto su resistencia es mayor que el
del ACSS y se acerca aunque no alcanza a la del ACSR No obstante esto se
consigue a costa de aumentar el peso del conductor
bull La estructura del conductor ZTACIR es similar al del ACSR No obstante la
resistencia del invar del nuacutecleo es menor que la del acero utilizado en el ACSR
Por ello como se puede observar en la Tabla 325 la resistencia del ZTACIR es
menor que la del ACSR de aacuterea equivalente La tensioacuten de rotura de los
alambres de invar es diferente dependiendo de que se trate de invar
galvanizado o invar recubierto de aluminio En general dependiendo del grosor
del alambre la tensioacuten de rotura del invar recubierto de aluminio es alrededor
de 10 kgmm2 menor que la del invar galvanizado
bull La resistencia del XTACIRTW es mayor que la del ACSR pero esto es asiacute a
costa de aumentar el aacuterea de invar y reducir el aacuterea de aluminio
bull El conductor G(Z)TACSR tiene un comportamiento similar al ACSR pues el
nuacutecleo es de acero en ambos casos Sin embargo al ser el acero utilizado en el
conductor G(Z)TACSR de alta resistencia la resistencia es mayor que la del
ACSR de acero convencional
bull El conductor ZTACCR estaacute disentildeado de forma que es equivalente a los
conductores normalizados ACSR en las cargas de rotura Por una parte la
resistencia del composite del nuacutecleo es similar a la del acero Por otra parte el
disentildeo es similar al ACSR en cuanto a aacuterea del nuacutecleo y del aluminio Por lo
tanto la resistencia mecaacutenica es similar a la del ACSR Pero tiene la ventaja de
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
78
que al tener composite en el nuacutecleo en vez de acero el conductor es maacutes
ligero
bull El conductor ACCCTW tiene una equivalencia en diaacutemetro con el ACSR Tiene
por tanto mayor aacuterea de aluminio El nuacutecleo tiene un diaacutemetro inferior al del
ACSR pero su aacuterea es mayor debido a que estaacute formado por un uacutenico alambre
Debido al composite del nuacutecleo su resistencia a rotura es mayor que la del
ACSR Ademaacutes es maacutes ligero
En la tabla 325 se comparan la resistencia a rotura y el peso de los diversos
conductores tomando como referencia el ACSR al que equivalen
Tabla 325 Resistencia a rotura y peso
Resistencia a rotura (kg) Peso (kgkm)
ACSR Hawk 8845 9761
ACSS Hawk 7076 (80 ) 976
ACSSTW Hawk Equivalente en
aacuterea 7076 (80 ) 9747
ACSSTW Equivalente en
diaacutemetro 8346 (944 ) 10637 (109 )
ZTACCR Hawk 8837 (999 ) 802 (822 )
ACCCTW Equivalente en
diaacutemetro 10523 (119 ) 927 (95 )
Resistencia a rotura (kg) Peso (kgkm)
ACSR 410 13888 1673
ZTACIR 410 12720 (916 ) 1687 (1008 )
XTACIRTW 380 14270 (1027 ) 1776 (1062 )
G(Z)TACSR 410 16877 (1215 ) 1678 (1003 )
En la tabla 326 se comparan estos paraacutemetros respecto a su valor en el ACSR
indicando si el valor es mayor menor o igual El color verde indica que la diferencia es
beneficiosa mientras que el rojo indica lo contrario
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
79
Tabla 326 Comparativa de resistencia a rotura y peso respecto a ACSR
Resistencia a rotura Peso
ACSS ltlt =
ACSSTW Equivalente en aacuterea
ltlt =
ACSSTW Equivalente en diaacutemetro
lt gt
ZTACIR lt =
XTACIRTW gt= gt
G(Z)TACSR gtgt =
ZTACCR = ltlt
ACCCTW Equivalente en diaacutemetro
gtgt lt
375 Resistencia eleacutectrica
Uno de los factores que hace que conductores equivalentes de diferente tipo tengan un
valor de resistencia eleacutectrica diferente entre ellas es la conductividad del aluminio de las
capas exteriores (Tabla 327)
Tabla 327 Conductividad del aluminio
Exterior Conductividad
( IACS)
ACSR Aluminio duro 61
ACSS Aluminio recocido 63
ZTACIR ZTAl 60
XTACIRTW XTAl 58
GTACSR TAl 60
GZTACSR ZTAl 60
ZTACCR ZTAl 60
ACCCTW Aluminio recocido 63
Otro de los factores que determina la resistencia eleacutectrica es el aacuterea de aluminio del
conductor Para conductores equivalentes el aacuterea es similar excepto para algunos
disentildeos compactos con alambres de aluminio trapezoidales que tienen un aacuterea mayor
Tambieacuten hay una diferencia de aacuterea para el XTACIRTW que tiene un aacuterea menor
Tambieacuten influye pero en menor medida la conductividad del nuacutecleo (Tabla 328) Por
ejemplo en el ZTACCR el aluminio del nuacutecleo contribuye a una resistencia menor
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
80
Tabla 328 Conductividad del nuacutecleo
Nuacutecleo Conductividad
( IACS)
ACSS Acero recubierto de aluminio 203
ACSSTW Acero con bantildeo de galfan 8
Acero galvanizado 8
ZTACIR Invar galvanizado ---
Invar recubierto de aluminio 14
XTACIRTW Invar recubierto de aluminio 14
G(Z)TACSR Acero galvanizado 8
ZTACCR Fibras de alumina con matriz de aluminio 23-25
ACCCTW Fibras de vidrio y carbono con matriz de resina 0
En la tabla 329 se pueden ver las resistencias de conductores equivalentes
Tabla 329 Resistencia eleacutectrica y aacuterea de aluminio
Area aluminio (mm2) Rdc a 20 ordmC
(Ωkm)
ACSR Hawk 2417 01170
ACSS Hawk 2417 (100 ) 01135 (97 )
ACSSTW Hawk Equivalente en
aacuterea 2417 (100 ) 01135 (97 )
ACSSTW Equivalente en
diaacutemetro 2864 (1185 ) 00958 (819 )
ZTACCR Hawk 241 (997 ) 01138 (973 )
ACCCTW Equivalente en
diaacutemetro 3096 (1281 ) 00903 (772 )
Alma de acero galvanizado
Alma de acero recubierto de galfan
Area aluminio (mm2) Rdc a 20 ordmC
(Ωkm)
ACSR 410 410 00702
ZTACIR 410 4134 (1008 ) 00714 (1017 )
XTACIRTW 380 3816 (931 ) 00795 (1132 )
G(Z)TACSR 410 4061 (99 ) 00724 (1031 )
Alma de invar galvanizado
En la Tabla 330 se comparan la resistencia eleacutectrica el aacuterea de aluminio y la
conductividad del aluminio respecto a su valor en el ACSR indicando si el valor es
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
81
mayor menor o igual El color verde indica que la diferencia es beneficiosa mientras que
el rojo indica lo contrario
Tabla 330 Comparativa de resistencia eleacutectrica aacuterea y conductividad del aluminio respecto al ACSR
Resistencia
eleacutectrica Aacuterea
Aluminio Conductividad
Aluminio
ACSS lt = gt
ACSSTW Equivalente en aacuterea
lt = gt
ACSSTW Equivalente en diaacutemetro
ltlt gtgt gt
ZTACIR gt = lt
XTACIRTW gtgt lt lt
G(Z)TACSR gt = lt
ZTACCR lt = lt
ACCCTW Equivalente en diaacutemetro
ltltlt gtgtgt gt
Debido a la buena conductividad del nuacutecleo
376 Proceso de instalacioacuten
Respecto al proceso de instalacioacuten comparado con la instalacioacuten de conductores
convencionales ACSR la mayoriacutea de los conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea tienen unos requerimientos adicionales que hace que la instalacioacuten sea
maacutes compleja
La uacutenica excepcioacuten es el caso de los ZTACIR Y XTACIRTW donde debido a su
similitud a los conductores convencionales no hay diferencia respecto al proceso de
instalacioacuten
En varios tipos de conductores hay que tomar especial cuidado durante la instalacioacuten
con objeto de no dantildear el conductor Este es el caso del ACSS y ACCCTW donde
debido a la blandura del aluminio recocido se debe manipular con cuidado para no dantildear
su superficie En el ACCCTW y el ZTACCR hay que tener cuidado de no dantildear el
nuacutecleo especialmente fraacutegil debido a ser de composite
En el conductor ACSS el fabricante propone ademaacutes realizar un pretensado del
conductor durante la instalacioacuten Este proceso estaacute indicado como peligroso debido a
que si no se realiza correctamente se puede dantildear irreparablemente el conductor
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
82
El caso de los conductores tipo gap G(Z)TACSR es especial Durante la instalacioacuten se
debe dejar sin traccionar las capas de aluminio durante cierto tiempo para que deslicen
las capas de acero y aluminio y asiacute el aluminio no tenga tensioacuten en las condiciones de
instalacioacuten Existen dos meacutetodos para realizar la instalacioacuten En el caso del meacutetodo
J-Power se debe realizar el destrenzado y retrenzado de un pequentildeo tramo de las capas
de aluminio Aunque pueda parecer bastante complejo las experiencias muestran que
es maacutes sencillo de lo que parece [EPR03] En National Grid compantildeiacutea eleacutectrica del
Reino Unido estiman que se requiere un 25 maacutes de tiempo para la instalacioacuten
comparado con una instalacioacuten convencional De todas formas el meacutetodo SAPREM
evita realizar el destrenzado y retrenzado de las capas de aluminio
377 Herrajes y accesorios
Los herrajes de los conductores de altas prestaciones teacutermicas son similares a los
utilizados en los conductores ACSR Sin embargo existen algunas diferencias debido a
diversas razones
Grapas y empalmes de compresioacuten
Las principales diferencias que afectan a todos los conductores sin excepcioacuten son
debidas a las mayores temperaturas y densidades de intensidad de corriente Los
elementos maacutes afectados son las grapas y los empalmes de compresioacuten En estos
elementos el aacuterea de aluminio no es suficiente para soportar valores tan altos de
temperatura y densidad de corriente por lo que se disentildean con un volumen de aluminio
mayor (en espesor yo en longitud) de forma que por una parte se reduce la resistencia
eleacutectrica generaacutendose menos calor y por otra parte aumenta la superficie de disipacioacuten
de calor
Ademaacutes del aluminio en alguacuten caso el acero tambieacuten variacutea Asiacute para los conductores
G(Z)TACSR y XTACIRTW debido a que el nuacutecleo puede soportar una resistencia
mayor que el ACSR el eacutembolo de acero debe soportar tambieacuten una mayor tensioacuten Por
ello su tamantildeo es tambieacuten mayor para estos dos conductores
En el caso de los conductores de nuacutecleo de composite las grapas de amarre de
compresioacuten tienen un disentildeo especial con objeto de no dantildear dicho nuacutecleo (Tabla 331)
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
83
Tabla 331 Particularidades de las grapas de compresioacuten
Particularidades de la grapa de compresioacuten Uso Tubo de aluminio Eacutembolo de acero Otras
Fabricante
ACSS ACSSTW
Ideacutentico (excepto para
conductores con acero de
resistencia ultra-alta donde
el eacutembolo tiene
dimensiones mayores)
bull Dos zonas de
compresioacuten
bull Pasta de relleno
de altas
prestaciones
teacutermicas
Fargo Alcoa
Burndy
ZTACIR Ideacutentico --- --- XTACIRTW De mayores dimensiones --- --- G(Z)TACSR De mayores dimensiones --- ---
ZTACCR
En su interior tiene un
manguito de aluminio con
objeto de que el nuacutecleo no
se aplaste
Pasta de relleno de
altas prestaciones
teacutermicas para
proteger de la
corrosioacuten
Alcoa
ACCCTW
Siacute
De mayores
dimensiones
El nuacutecleo de composite se
sujeta mediante un collet de
acero que se comprime al
ser introducido en una
cubierta especiacutefica de
acero Posteriormente el
eacutembolo de acero se rosca
en dicha cubierta
bull El cuerpo de
aluminio
incorpora en su
interior un
manguito de
aluminio
bull Pasta de relleno
para proteger de
la corrosioacuten
Burndy
Retenciones de anclaje y de empalme de varillas helicoidales
Para el conductor ZTACCR con nuacutecleo de composite se propone tambieacuten el uso de
este tipo de retenciones para el anclaje y el empalme pues este disentildeo permite
minimizar las fuerzas de compresioacuten en el conductor (Tabla 332) Tambieacuten se utilizan
en los conductores ACSS de alambres de aluminio circulares
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
84
Tabla 332 Particularidades de las retenciones
Uso Particularidades de la retencioacuten Fabricante
ACSS
bull De anclaje Capa interior de aleacioacuten de
aluminio capa exterior de acero recubierto
de aluminio y varillas de proteccioacuten de
aleacioacuten de aluminio entre conductor y
retencioacuten
Preformed Line
Products - PLP
ZTACCR
Siacute
bull De empalme Dos capas de aleacioacuten de
aluminio
ACSSTW --- ---
ZTACIR XTACIRTW
--- ---
G(Z)TACSR --- ---
ACCCTW
No
--- ---
Grapas de suspensioacuten
En el caso de las grapas de suspensioacuten el volumen de aluminio en las grapas
convencionales para conductores ACSR es suficientemente grande para que las
mayores densidades de intensidad y temperaturas no supongan ninguacuten problema
En los conductores de nuacutecleo de composite no se instalan las grapas de suspensioacuten
convencionales a favor de las grapas de suspensioacuten armadas que ofrecen una mayor
proteccioacuten Sin embargo en los conductores de nuacutecleo de acero o invar se usan grapas
de suspensioacuten convencionales Eso siacute la grapa debe ser adecuada al diaacutemetro del
conductor En alguacuten caso como en el ACSSTW equivalente en aacuterea el XTACIRTW o
el G(Z)TACSR el diaacutemetro del conductor puede diferir del de su equivalente ACSR
Cuando en el conductor G(Z)TACSR se quiera poner varillas de proteccioacuten entre el
conductor y la grapa el disentildeo de la grapa debe ser especial Se opta por dividir las
varillas en dos de forma que en el centro de la grapa no haya varillas de proteccioacuten y la
presioacuten sobre el conductor cierre el hueco entre el aluminio y el acero
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
85
Tabla 333 Particularidades de las grapas de suspensioacuten
Uso Particularidades de la grapa de
suspensioacuten ACSS
ACSSTW ---
ZTACIR XTACIRTW
---
G(Z)TACSR Cuando se ponen varillas de proteccioacuten se divide en dos
para poder comprimir y cerrar el hueco del conductor
ACCCTW
Siacute
---
ZTACCR No ---
Grapas de suspensioacuten armadas
Los fabricantes de conductores de nuacutecleo de composite desechan el uso de las grapas
de suspensioacuten convencionales y se decantan por usar grapas de suspensioacuten armadas
con objeto de prevenir que los alambres del nuacutecleo se curven en exceso
Ademaacutes tambieacuten se utilizan en el caso de conductores de nuacutecleo de acero con objeto de
proporcionar proteccioacuten adicional Es el caso de los conductores ACSS
Tabla 334 Particularidades de las grapas de suspensioacuten armada
Uso Particularidades de la grapa
de suspensioacuten armada Fabricante
ACSS ACSSTW
ARMOR-GRIPreg Suspension
CUSHION-GRIPTM Suspension HT
THERMOLIGNreg Suspension
ZTACCR THERMOLIGNreg Suspension
ACCCTW
Siacute
THERMOLIGNreg Suspension
Preformed Line
Products - PLP
ZTACIR XTACIRTW
--- ---
G(Z)TACSR
No
--- ---
Amortiguadores
En general los amortiguadores se utilizan de forma similar que para los ACSR En
principio algunos conductores como el ACSS el ACCCTW o el G(Z)TACSR tienen
mejores propiedades de amortiguamiento y se puede utilizar un nuacutemero menor de
amortiguadores Sin embargo con el concepto de seguridad en mente es habitual
utilizar el mismo nuacutemero de amortiguadores que para los ACSR
Capiacutetulo 3 Conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
86
38 Conclusiones
Se han descrito los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
existentes en el mercado Los conductores se han analizado en funcioacuten de su estructura
y materiales herrajes y accesorios y proceso de instalacioacuten
Una vez realizada la descripcioacuten de los diversos conductores estos se han comparado
en funcioacuten de su estructura prestaciones teacutermicas expansioacuten teacutermica resistencia a la
traccioacuten resistencia eleacutectrica proceso de instalacioacuten y herrajes y accesorios
Como se veraacute en el desarrollo de la tesis las caracteriacutesticas particulares de los
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea van a condicionar el
caacutelculo de la repotenciacioacuten afectando fundamentalmente al caacutelculo mecaacutenico Los
valores de paraacutemetros como el coeficiente de expansioacuten el moacutedulo elaacutestico y el peso
afectan al caacutelculo mecaacutenico Tambieacuten afecta la resistencia a traccioacuten de los conductores
La deformacioacuten permanente que experimenta el aluminio recocido es otro aspecto a
tener en cuenta
El proceso de instalacioacuten de varios tipos de conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea tambieacuten afectan al caacutelculo mecaacutenico Asiacute es fundamental considerar el
aflojamiento del aluminio durante la instalacioacuten de los conductores tipo gap Ademaacutes se
debe tener en cuenta el pretensado de los conductores ACSS en caso de que se realice
durante la instalacioacuten
Las caracteriacutesticas especiales de los herrajes que se han descrito con detalle en el
presente capiacutetulo no afectan al caacutelculo de la repotenciacioacuten Por lo tanto aunque los
herrajes se deben tener en cuenta en un proyecto de repotenciacioacuten dado que afectan al
coste final y al proceso de instalacioacuten a lo largo de la presente tesis no se tendraacuten en
cuenta
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
87
CAPIacuteTULO 4 ESTADO DEL ARTE DEL CAacuteLCULO MECAacuteNICO DE CONDUCTORES AEacuteREOS
41 Introduccioacuten
La flecha y traccioacuten de un conductor aeacutereo dependen de varios factores Por una parte
el viento o el hielo aumentan la carga mecaacutenica del conductor y hace aumentar los
valores de flecha y traccioacuten Por otra parte la temperatura del conductor que depende
de la corriente eleacutectrica y de las condiciones climatoloacutegicas tambieacuten influye en los
valores de flecha y traccioacuten Ademaacutes la fluencia del conductor a lo largo de su vida
debe tambieacuten ser considerada
El caacutelculo de flecha-traccioacuten se basa en buscar los valores de traccioacuten T y longitud L
del conductor que satisfacen dos condiciones correspondientes a la geometriacutea del vano
y al comportamiento del conductor
Geometriacutea del vano La forma que adopta el conductor que estaacute suspendido entre dos
puntos depende de la carga mecaacutenica del conductor y de la traccioacuten a la que estaacute
sometido Dentro de la carga mecaacutenica del conductor ademaacutes del peso propio del
conductor se incluyen otras cargas debidas al viento o al hielo Por lo tanto para
determinadas condiciones de carga (masa viento y hielo) y conociendo la posicioacuten
relativa entre los puntos de amarre (longitud horizontal del vano a y diferencia de
alturas entre puntos de apoyo h) la forma del conductor suspendido y por lo tanto su
longitud va a depender del valor de la traccioacuten (Fig 41)
Fig 41 Geometriacutea del vano
Seguacuten la geometriacutea del vano hay infinitas posibilidades de valores longitud-traccioacuten
Lg-Tg pero los valores dentro de cada pareja no pueden tomar cualquier valor sino
Geometriacutea Viento Hielo
Traccion Tg
Longitud Lg
Flecha
Masa conductor
Puntos de amarre
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
88
vienen determinados por las caracteriacutesticas del vano y los valores que tengan el viento
y el hielo A medida que aumenta la traccioacuten el valor correspondiente de longitud se
reduce (Fig 42)
Fig 42 Traccioacuten-longitud seguacuten la geometriacutea del vano
Comportamiento del conductor La longitud del conductor variacutea a partir de su
longitud de referencia a una determinada temperatura y traccioacuten (Fig 43) Uno de los
factores que causa variacioacuten en la longitud del conductor es la variacioacuten de
temperatura del conductor La longitud tambieacuten variacutea en funcioacuten de la variacioacuten de la
traccioacuten Ademaacutes debe considerarse el aumento de longitud permanente debido a la
fluencia valor que aumenta con el tiempo y con el valor maacuteximo histoacuterico de traccioacuten
Estas variaciones dependen de caracteriacutesticas del conductor tales como materiales
empleados seccioacuten de cada tipo de material coeficiente de expansioacuten moacutedulo
elaacutestico
Fig 43 Comportamiento del conductor
Hay infinitas posibilidades de valores longitud-traccioacuten Lc-Tc pero los valores dentro de
cada pareja no pueden tomar cualquier valor Sin embargo en este caso a medida
que aumenta la traccioacuten el valor correspondiente de longitud tambieacuten aumenta
(Fig 44)
Conductor Temperatura θ
Fluencia (t)
Traccioacuten Tc
Longitud Lc
Longitud ref Lo
(θo Tco Fluenciao)
Caracteriacutesticas
conductor
Tg
Lg
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
89
Fig 44 Traccioacuten-longitud seguacuten el comportamiento del conductor Teniendo en cuenta las dos condiciones de geometriacutea y conductor hay una uacutenica
pareja de valores de traccioacuten y longitud que satisfacen las dos condiciones (Fig 45) El
objetivo de los meacutetodos de caacutelculo de flecha-traccioacuten es encontrar esta pareja de
valores Una vez resuelto el caacutelculo de la flecha es directo en funcioacuten de la geometriacutea
Fig 45 Traccioacuten-longitud seguacuten la geometriacutea del vano y el comportamiento del conductor La solucioacuten del caacutelculo de flecha-traccioacuten variacutea siempre que alguna de las dos curvas
cambie de forma o posicioacuten En el caso de la curva correspondiente a la geometriacutea del
vano esto ocurre cuando cambian las condiciones de viento o hielo En el caso de la
curva asociada al conductor el cambio se produce cuando cambia la temperatura del
conductor o el valor de la fluencia
La solucioacuten del problema suele obtenerse en general mediante meacutetodos iterativos En
primer lugar se define una situacioacuten de referencia Es decir se define un valor para la
traccioacuten (o longitud) en unas determinadas condiciones de viento hielo temperatura y
fluencia Esto es fundamental pues el comportamiento del conductor se analiza a partir
de variaciones (de traccioacuten temperatura y fluencia) sobre la situacioacuten de referencia
Es habitual tomar como condicioacuten de referencia la condicioacuten de instalacioacuten del
conductor Esta condicioacuten viene limitada por las restricciones de traccioacuten maacutexima de la
liacutenea Estas restricciones estaacuten asociadas a condiciones adversas desde el punto de
vista de la traccioacuten para las cuales se definen liacutemites de traccioacuten Se elige como
condicioacuten liacutemite de traccioacuten aquella condicioacuten que cumplieacutendose satisfaga todos los
liacutemites impuestos
Tc
Lc
T
L
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
90
Los meacutetodos de caacutelculo de flecha-traccioacuten se diferencian entre siacute en la forma en que
consideran la geometriacutea del vano el comportamiento del conductor y el meacutetodo
iterativo que siguen Las mayores diferencias se dan en la consideracioacuten del
comportamiento del conductor [CIG324] En cuanto a la geometriacutea del vano la curva
de la catenaria se puede representar por la expresioacuten exacta o por una aproximacioacuten
Con lo que respecta al comportamiento del conductor las diferencias son maacutes amplias
Algunos meacutetodos optan por considerar las curvas de esfuerzo-deformacioacuten reales de
los alambres que forman el conductor mientras que otros consideran directamente una
relacioacuten lineal La fluencia puede ser considerada o no Otra diferencia entre los
meacutetodos es si consideran o no la temperatura de transicioacuten Esta temperatura es
aquella en la que el aluminio deja de soportar traccioacuten y es el nuacutecleo el que soporta
toda la carga mecaacutenica de forma que se produce una modificacioacuten en paraacutemetros del
conductor como el coeficiente de expansioacuten teacutermica y el moacutedulo elaacutestico
42 Geometriacutea del vano
421 Ecuacioacuten de la catenaria
La forma que maacutes se aproxima a la que adopta un conductor cuando se tiende entre
dos puntos fijos es el de la catenaria (41) [MORE99] En (42) H es la componente
horizontal de la traccioacuten y ω la carga por unidad de longitud
sdot=
cxcy cosh (41)
ωHc = (42)
El origen del eje x-y se situacutea de forma que las coordenadas del veacutertice de la catenaria
son (0c) como puede observarse en la Figura 46
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
91
a
h
y
x c
Fig 46 Catenaria
La longitud de la curva viene dada por la ecuacioacuten (43)
minus
minus
+
sdot=caX
caXcL 2sinh2sinh (43)
+
sdotsdotsdot
+
sdotsdotsdot
sdot= 1
2sinh2
2sinh2
ln
2
cac
h
cac
hcX (44)
En el caso de que los extremos esteacuten al mismo nivel (h=0 X=0)
sdotsdot=
cacL 2sinh2 (45)
La flecha se define como la maacutexima distancia vertical entre la curva y una liacutenea
imaginaria que une los puntos extremos de la curva La flecha se mide en el punto de
la curva en que la tangente a la curva es paralela a la liacutenea imaginaria que une los
extremos En el caso de que los puntos extremos esteacuten al mismo nivel (h=0) la flecha
se da en el veacutertice de la curva En caso de que haya un determinado desnivel h la
flecha se desviacutea del veacutertice de la curva (Fig 47)
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
92
y
x
D
Fig 47 Flecha
El valor de la flecha viene dado por la siguiente expresioacuten
( )ff xaX
ah
cx
ccaXcf minus+sdotminus
sdotminus
+
sdot= 2cosh2cosh (46)
++sdot= 1ln 2
2
ah
ahcx f (47)
En el caso de que los extremos esteacuten al mismo nivel (h=0 X=0 xf=0)
minus
sdot= 12cosh
cacf (48)
La diferencia entre la traccioacuten en un punto T y la componente horizontal H de esa
traccioacuten estaacute relacionada con la carga lineal ω del conductor y la diferencia d en el eje
de ordenadas entre dicho punto y el veacutertice de la curva
dHT sdot+= ω (49)
minus
sdot= 1cosh
cxcd (410)
En el caso de los extremos inicial y final de las liacuteneas (Fig 48)
minus
minus
sdot= 12coshcaXcd inicial (411)
f
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
93
minus
minus
sdot+= 12coshcaXHT inicial ω (412)
minus
+
sdot= 12coshcaXcd final (413)
minus
+
sdot+= 12coshcaXHT final ω (414)
y
x
dfinal
dinicial
Fig 48 Diferencia d en los extremos
En el caso de que los extremos esteacuten al mismo nivel (h=0)
fdd finalinicial == (415)
fHTT finalinicial sdot+== ω (416)
422 Aproximacioacuten de la paraacutebola
La catenaria se puede aproximar mediante una paraacutebola (417) [MORE99]
cxysdot
=2
2
(417)
En este caso el origen del eje x-y se situacutea en el veacutertice de la paraacutebola de forma que las
coordenadas del veacutertice de la paraacutebola son (00)
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
94
a
h
y
x
Fig 49 Paraacutebola
La longitud de la curva viene dada por la expresioacuten (418) en el caso de que los
extremos esteacuten al mismo nivel (h=0)
2
3
24 caaLsdot
+= (418)
El valor de la flecha viene dado por la expresioacuten (419) en el caso de que los extremos
esteacuten al mismo nivel (h=0)
cafsdot
=8
2
(419)
423 Efecto del viento y el hielo
Sin viento lluvia o hielo la carga ω del conductor que determina la catenaria es debida
exclusivamente a la carga asociada a la masa del conductor ωcon Sin embargo bajo
las citadas condiciones la carga mecaacutenica va a ser mayor y la longitud de la catenaria
tambieacuten
La lluvia hace que el conductor aumente ligeramente su peso Lo mismo ocurre pero
con mayor valor cuando se deposita una capa de hielo alrededor del conductor
Generalmente tiene forma ciliacutendrica y por ello se le denomina manguito de hielo En
estos casos la carga mecaacutenica aumenta por el efecto de la fuerza gravedad sobre la
materia que se ha depositado en el conductor Por ello la direccioacuten y sentido de la
carga mecaacutenica debida al hielo nieve o agua es la misma que la del peso del
conductor Por tanto sus valores se suman directamente
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
95
Es diferente el caso del viento cuya direccioacuten relativa al conductor puede ser muy
variable El conductor experimenta el empuje del viento en funcioacuten de las
caracteriacutesticas del viento y de la superficie que el conductor ofrezca al viento La
direccioacuten de este empuje no coincide con la del peso del conductor Por lo tanto a la
hora de sumar las cargas se debe realizar de forma vectorial Ademaacutes en el caso de
que se den simultaneamente las condiciones de viento y hielo se debe tener en cuenta
que el aumento de la superficie del conductor debido al hielo hace aumentar la presioacuten
y la sobrecarga ejercida por el viento
Generalmente las normas establecen los maacuteximos valores de viento y hielo a
considerar en las condiciones de maacutexima traccioacuten Tambieacuten establecen la forma de
calcular la carga mecaacutenica ejercida por el viento y el hielo La forma de caacutelculo variacutea
seguacuten la norma A continuacioacuten se van a describir algunos de los caacutelculos propuestos
para el viento y hielo Generalmente el efecto de la lluvia no se suele considerar
aunque la carga del conductor puede aumentar entre 15 y 25 cuando estaacute mojado
[CIG324]
4231 Carga debida al hielo
Seguacuten la norma espantildeola [RAT08] la carga debida al hielo se calcula en funcioacuten del
diaacutemetro D del conductor y la altitud de la liacutenea sobre el nivel del mar (Tabla 41)
Tabla 41 Sobrecarga de hielo
Altitud del terreno sobre el nivel del mar (m) Sobrecarga de hielo (daNm)
500-1000 Dhielo 180=ω
1000-1500 Dhielo 360=ω
donde el diaacutemetro D viene expresado en mm
En este caso la restriccioacuten de la norma viene impliacutecita en la formulacioacuten Es decir el
valor que se obtiene corresponde a un determinado espesor fijado O sea la
formulacioacuten no permite calcular libremente la carga asociada a diferentes espesores de
manguito de hielo
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
96
4232 Carga debida al viento
La carga debida al viento se calcula a partir del diaacutemetro del conductor y la presioacuten
ejercida por el viento en el conductor La carga sobre el conductor es proporcional al
aacuterea de la proyeccioacuten del conductor en el plano perpendicular a la direccioacuten del viento
Generalmente el viento se considera perpendicular al conductor Por unidad de
longitud por cada metro de conductor el aacuterea de la proyeccioacuten en m2 es igual al valor
del diaacutemetro D expresado en metros Asiacute la carga debida al viento por unidad de
longitud se obtiene simplemente multiplicando este aacuterea por la presioacuten del viento
q (kgm2) (420)
Dqviento sdot=ω (420)
Seguacuten la norma espantildeola [RAT08] el valor de la presioacuten q a considerar en los caacutelculos
es de ( )212060 Vsdot daNm2 para conductores de diaacutemetro menor o igual que 16 mm y
de ( )212050 Vsdot daNm2 para el resto donde V es la velocidad del viento en kmh
En el caso de sobrecargas combinadas de hielo y de viento se deberaacute considerar el
diaacutemetro incluido el espesor del manguito de hielo para lo cual se aconseja considerar
un peso volumeacutetrico especiacutefico del hielo de valor 750 daNm3
43 Comportamiento del conductor
A la hora de analizar los cambios de longitud del conductor se debe tener en cuenta el
efecto conjunto de tres fenoacutemenos diferentes
bull Deformacioacuten elaacutestica debido a traccioacuten mecaacutenica εT
bull Fluencia o deformacioacuten permanente εf
bull Expansioacuten teacutermica debido a cambios de temperatura εθ
Los dos primeros estaacuten asociados a la traccioacuten soportada por el conductor Por una
parte en la deformacioacuten elaacutestica debida a la traccioacuten la longitud del conductor
aumenta cuando la traccioacuten aumenta y se recupera o reduce cuando la traccioacuten se
reduce Por otra parte existe una deformacioacuten permanente que va aumentando con el
tiempo y que no se recupera Es lo que se conoce como fluencia El tercer fenoacutemeno
estaacute relacionado con las dilataciones y contracciones del conductor con los cambios de
temperatura Todos los meacutetodos tienen en cuenta la deformacioacuten elaacutestica y la
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
97
expansioacuten teacutermica La fluencia sin embargo no es considerada por todos los meacutetodos
y existen diferencias considerables entre los meacutetodos que la tienen en cuenta
[CIG324]
En el caso de conductores compuestos el comportamiento del nuacutecleo y el aluminio es
diferente con lo que respecta a los tres fenoacutemenos citados Algunos meacutetodos
modelizan independientemente el nuacutecleo y el aluminio y calculan la traccioacuten en cada
uno de ellos [VAR27] mientras que otros meacutetodos consideran el comportamiento del
conductor en su conjunto y calculan uacutenicamente la traccioacuten del conductor [CHE88]
[MORE99]
431 Deformacioacuten elaacutestica
La relacioacuten entre el esfuerzo σ y deformacioacuten εT debida a la deformacioacuten elaacutestica se
considera lineal y se caracteriza por el moacutedulo elaacutestico E
ET σε ∆
= (421)
En el caso de conductores compuestos los moacutedulos elaacutesticos del nuacutecleo En y del
aluminio Ea son diferentes
n
nTn E
σε ∆= (422)
a
aTa E
σε ∆= (423)
En el caso de querer representar la deformacioacuten elaacutestica del conductor en su conjunto
es posible calcular el moacutedulo elaacutestico equivalente del conductor E en funcioacuten de las
secciones An y Aa y moacutedulos elaacutesticos En y Ea de nuacutecleo y aluminio (424)
na
nnaa
AAAEAEE
+sdot+sdot
= (424)
Aunque lo habitual es considerar el valor del moacutedulo elaacutestico constante en realidad su
valor depende de la temperatura [CIG244] [CIG324] El moacutedulo elaacutestico disminuye su
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
98
valor al aumentar la temperatura En el caso del acero disminuye un 65 cada 100 ordmC
y en el caso del aluminio un 5 De todas formas como se indica en [CIG244]
[CIG324]su efecto en el valor de la flecha no es importante
432 Expansioacuten teacutermica
La relacioacuten entre el cambio de temperatura ∆θ y la deformacioacuten εθ asociada se
considera lineal y se caracteriza por el coeficiente de expansioacuten teacutermica α
θαε θ ∆sdot= (425)
En el caso de conductores compuestos los coeficientes de expansioacuten teacutermica del
nuacutecleo αn y del aluminio αa son diferentes El del aluminio es mayor por lo que
experimenta mayores variaciones de longitud
θαε θ ∆sdot= nn (426)
θαε θ ∆sdot= aa (427)
En el caso de querer representar la deformacioacuten del conductor en su conjunto es
posible calcular el coeficiente de expansioacuten teacutermica del conductor α en funcioacuten de los
coeficientes de expansioacuten teacutermica las secciones y moacutedulos elaacutesticos de nuacutecleo y
aluminio (428)
nnaa
nnnaaa
AEAEAEAE
+sdotsdot+sdotsdot
=ααα (428)
Aunque lo habitual es considerar el valor del coeficiente de expansioacuten constante en
realidad su valor depende del esfuerzo [CIG244] Ademaacutes en el caso del coeficiente
de expansioacuten del conductor al depender su valor de los moacutedulos elaacutesticos su valor
depende tambieacuten de la temperatura
433 Fluencia
Dentro de la fluencia hay que diferenciar entre lo que se denomina fluencia metaluacutergica
y el asentamiento geomeacutetrico [CIG81] La fluencia metaluacutergica afecta a la estructura
microscoacutepica de los alambres aumenta con el tiempo y depende de los valores del
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
99
esfuerzo y la temperatura El asentamiento geomeacutetrico estaacute relacionado con la
interaccioacuten entre los alambres es instantaacuteneo y depende del esfuerzo maacuteximo
experimentado por el conjunto de alambres o sea el conductor En el estudio se
reconoce que en realidad el asentamiento geomeacutetrico tambieacuten depende del tiempo
pero se dice que se desarrolla muy raacutepidamente por lo que se modeliza como si fuese
independiente del tiempo La fluencia total εf se calcula como la suma de la fluencia
metaluacutergica εfm y la fluencia por asentamiento εfa (429)
fafmf εεε += (429)
La fluencia metaluacutergica εfm de los alambres se representa mediante la siguiente
expresioacuten [CIG81]
microαφθ σε teKfm sdotsdotsdot= (430)
donde θ es la temperatura σ el esfuerzo en el alambre y t el tiempo Las constantes K
Φ α y micro se ajustan para que los resultados proporcionados por la ecuacioacuten coincidan lo
maacuteximo posible con los ensayos realizados para un determinado tipo de alambre
La fluencia metaluacutergica depende del esfuerzo σ la temperatura θ y el tiempo t Cuanto
mayores sean estas magnitudes mayor seraacute la deformacioacuten debida a la fluencia
metaluacutergica Para valores constantes de temperatura θ y esfuerzo σ la fluencia
metaluacutergica es una funcioacuten que depende del tiempo (431) El valor de la constante m
depende de los valores de temperatura θ y esfuerzo σ y se puede calcular por analogiacutea
con la ecuacioacuten (430)
microε tmfm sdot= (431)
El valor del exponente micro es menor que 1 por lo que la derivada de la deformacioacuten sobre
el tiempo dtd fmε se va reduciendo con el tiempo La derivada sobre el tiempo es
maacutexima al principio y se va reduciendo despueacutes
Si tanto la deformacioacuten por fluencia metaluacutergica como el tiempo se expresan a escala
logariacutetmica se obtiene una relacioacuten lineal (432)
( ) ( ) ( )tmfm logloglog sdot+= microε (432)
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
100
Cuando el esfuerzo o la temperatura cambian de valor cambia el valor de la constante
m y cambia la derivada del esfuerzo sobre el tiempo con la peculiaridad de que su
valor no depende del tiempo total o real que el conductor lleve sometido a traccioacuten
sino de la deformacioacuten total que el conductor haya desarrollado en ese tiempo Cada
vez que haya un cambio se debe calcular un valor de tiempo equivalente te que
representa el periacuteodo en que con los nuevos valores de esfuerzo y temperatura se
tardariacutea en alcanzar la deformacioacuten total y a partir de ahiacute se suma el tiempo que pase
Si los nuevos valores de esfuerzo o temperatura son mayores que los anteriores el
tiempo equivalente se reduce y viceversa Si el tiempo equivalente es mayor que el
tiempo total en el que los alambres han estado sometido a traccioacuten estos no
desarrollaraacuten deformacioacuten por fluencia hasta que el tiempo real no supere al tiempo
equivalente
Teniendo en cuenta esta propiedad en [CIG81] se ha desarrollado un meacutetodo de
caacutelculo secuencial de la fluencia La deformacioacuten debida a la fluencia es acumulativa y
depende de las etapas previas de fluencia Para realizar el caacutelculo de la fluencia total
desarrollada el tiempo se divide en periodos donde el esfuerzo y la temperatura se
consideran constantes Si el periodo de tiempo es largo el esfuerzo se reduce a
medida que aumenta la deformacioacuten debida a la fluencia En este caso el periodo de
tiempo se divide en cortos subperiodos donde la variacioacuten se considere
suficientemente pequentildea En [CIG81] se considera aceptable si la variacioacuten de la
deformacioacuten en el subperiodo es alrededor de 20 micromm
El primer paso del caacutelculo consiste en el caacutelculo del tiempo equivalente te asociado a la
temperatura θ∆ y el esfuerzo σ∆ del periodo o subperiodo ∆t en funcioacuten de la fluencia
metaluacutergica εofm desarrollada hasta ese momento (433) El valor de la temperatura se
conoce y el esfuerzo debe ser calculado en funcioacuten de la carga la temperatura y la
fluencia desarrollada hasta ese momento El caacutelculo del esfuerzo se realiza a partir de
alguacuten algoritmo de caacutelculo mecaacutenico
[ ]( )microε
1∆= mt fm
oe (433)
El segundo paso consiste en el caacutelculo de la fluencia desarrollada en el periodo o
subperiodo ∆t considerado Al final del periodo o subperiodo la fluencia metaluacutergica
seraacute εofm+∆εfm Este valor de fluencia es a su vez la fluencia inicial del siguiente periodo
o subperiodo
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
101
( ) ( )[ ]micromicroε eefm tttm minus∆+sdot=∆ ∆ (434)
En los conductores compuestos la fluencia del aluminio es mayor que la del nuacutecleo
Por tanto se produce una transferencia de carga mecaacutenica del aluminio hacia el nuacutecleo
a medida que se produce la deformacioacuten debida a la fluencia Cuando el aluminio
experimenta fluencia la temperatura de transicioacuten a la que el aluminio queda flojo se
reduce A su vez hay un aumento de flecha por debajo de la temperatura de transicioacuten
original Sin embargo por encima de la temperatura de transicioacuten original la flecha no
se modifica De forma anaacuteloga la fluencia del nuacutecleo produce un aumento en la
temperatura de transicioacuten Ademaacutes se produce un aumento de flecha para todas las
temperaturas
4331 Caracterizacioacuten del asentamiento geomeacutetrico Ensayos de esfuerzo-deformacioacuten
El asentamiento geomeacutetrico que es funcioacuten de la traccioacuten experimentada por el
conductor se caracteriza mediante el ensayo de esfuerzo-deformacioacuten Mediante este
ensayo se obtiene la curva caracteriacutestica inicial del conductor asiacute como del nuacutecleo y
del aluminio (Fig 410) Esta curva representa la deformacioacuten obtenida cuando se
somete al conductor nuacutecleo o aluminio a un determinado esfuerzo durante una hora de
tiempo
Fig 410 Curvas caracteriacutesicas iniciales un conductor TACCR [3M07]
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
102
La deformacioacuten asociada a la curva inicial es la contribucioacuten de la deformacioacuten elaacutestica
la deformacioacuten por asentamiento geomeacutetrico y la deformacioacuten debida a la fluencia
metaluacutergica durante una hora Asiacute cuando el conductor se relaja desaparece la
deformacioacuten elaacutestica y queda la deformacioacuten residual asociada al asentamiento
geomeacutetrico y a la fluencia metaluacutergica de una hora (Fig 411) Ademaacutes a partir de la
curva de disminucioacuten de traccioacuten se obtienen los moacutedulos elaacutesticos del conductor del
nuacutecleo y del aluminio
Fig 411 Curvas caracteriacutesicas del ensayo esfuerzo-deformacioacuten de un conductor TACCR [3M07]
El ensayo de esfuerzo-deformacioacuten consiste en varios ciclos de carga y descarga
mecaacutenica En 1964 la Aluminum Association determinoacute la forma de realizar los ensayos
de esfuerzo-deformacioacuten [ALU99] El procedimiento para esfuerzo-deformacioacuten se
define tambieacuten en [UNE50182] norma publicada en 2002
bull Seguacuten [UNE50182] el ensayo sobre el conductor completo comienza tensando
el conductor hasta un valor del 5 de la traccioacuten de rotura Esta condicioacuten es a
partir de la cual se empieza a medir la elongacioacuten
bull Se aumenta la tensioacuten hasta el 30 de la traccioacuten de rotura y se mantiene en
ese valor durante media hora
bull Se relaja el conductor hasta el 5 y se vuelve a subir hasta el 50 donde se
mantiene una hora
bull Se relaja el conductor y se vuelve a subir hasta el 70 donde se mantiene otra
hora
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
103
bull Se relaja el conductor y se vuelve a subir hasta el 85 donde se mantiene otra
hora
bull Se relaja el conductor y se aumenta la carga mecaacutenica hasta que rompe el
conductor
bull Posteriormente se realiza al nuacutecleo tres ciclos de carga al 30 50 70 y 85 de
la carga de rotura de forma similar al conductor El nuacutecleo se carga hasta
obtener el mismo alargamiento que al comienzo de cada periodo de
mantenimiento de la carga
En la Fig 412 se muestra un ensayo de esfuerzo-deformacioacuten realizado sobre un
conductor TACCR [3M07] En este caso el ensayo se ha realizado siguiendo la norma
[ALU99] El ensayo es similar pero en lugar de realizar cuatro ciclos y el de rotura se
realizan tres ciclos de 30 50 y 70 y el de rotura
Fig 412 Ensayo de esfuerzo-deformacioacuten de un conductor TACCR [3M07]
La curva inicial se obtiene mediante ajuste a partir de los puntos finales asociados al
mantenimiento de traccioacuten Se obtiene una curva inicial para el conductor y otra para el
nuacutecleo La curva inicial del aluminio se obtiene como la diferencia entre estas dos
curvas Ademaacutes a partir de la curva de disminucioacuten de traccioacuten se obtienen los
moacutedulos elaacutesticos del conductor y nuacutecleo y por caacutelculo el del aluminio
30
50
70 Rotura
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
104
4332 Caracterizacioacuten de fluencia metaluacutergica Ensayos de fluencia
El ensayo de fluencia consiste en mantener al conductor bajo una traccioacuten y
temperatura constante durante 1000 horas Generalmente la temperatura de ensayo
es de 20 ordmC y la traccioacuten de ensayo el 20 de la traccioacuten de rotura A partir de las
medidas tomadas se realiza una estimacioacuten de las constantes m y micro que caracterizan
la evolucioacuten de la fluencia con el tiempo (431) Asiacute es posible calcular la fluencia para
valores de tiempo mayores que las correspondientes al ensayo
Como respuesta a la necesidad de uniformizar la forma de realizar los ensayos para
poder interpretar sin lugar a confusioacuten ensayos realizados por diferentes fabricantes
en 1971 la Aluminum Association determinoacute la forma de realizar los ensayos de
fluencia [ALU99] En 1998 fue aprobada por CEI-CENELEC la norma europea EN-
61395 para realizar ensayos de fluencia [UNE61395]
En [EN61395] se recomienda un valor de traccioacuten para el ensayo que corresponde con
el 20 de la traccioacuten de rotura El tiempo para alcanzar la carga de ensayo es de 5
minutos plusmn10 segundos El tiempo o deformacioacuten cero corresponde a cuando se
alcanza la traccioacuten a la que se va a realizar el ensayo La duracioacuten del ensayo debe ser
de al menos 1000 horas Se definen los instantes a medir para que el espaciado en la
escala logariacutetmica quede uniforme La temperatura recomendada para el ensayo es de
20 ordmC Se admiten variaciones de temperatura durante el ensayo de plusmn2 ordmC Se debe
realizar una compensacioacuten teacutermica de las medidas de deformacioacuten (Fig 413)
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
105
Fig 413 Ensayo de fluencia de un conductor ZTACCR [3M07]
434 Aflojamiento del aluminio en conductores compuestos Temperatura de transicioacuten
En los conductores compuestos a medida que aumenta la temperatura del conductor
se produce una transferencia de carga del aluminio al nuacutecleo debido al mayor
coeficiente de expansioacuten del aluminio A cierta temperatura denominada temperatura
de transicioacuten el aluminio se queda sin traccioacuten y si aumenta la temperatura por encima
de dicho valor el aluminio ve limitada su expansioacuten en los extremos del conductor
debido a la longitud del vano existente experimentaacutendose una compresioacuten que hace
que los alambres de aluminio se expandan radialmente hacia el exterior liberaacutendose de
dicha compresioacuten
El valor de la temperatura de transicioacuten depende de determinados factores como el tipo
de conductor la relacioacuten entre secciones de nuacutecleo y aluminio o la longitud del vano
Como la clave estaacute en la peacuterdida de traccioacuten en el aluminio cuanto menor sea la
seccioacuten de aluminio respecto a la del nuacutecleo menor seraacute la traccioacuten soportada por el
aluminio de forma que el aluminio se quedaraacute sin carga con un incremento de
temperatura menor Por tanto los conductores con alto contenido de aluminio tienen
temperaturas de transicioacuten mayores y viceversa Con respecto a la longitud del vano
cuanto mayor es la longitud del vano menor es la reduccioacuten de traccioacuten del conductor
asociada al aumento de temperatura y en consecuencia tambieacuten es menor la reduccioacuten
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
106
de carga del aluminio Por tanto a mayor longitud de vano mayor temperatura de
transicioacuten y viceversa
Sin embargo seguacuten un estudio realizado a principios de los ochenta [NIG81] la
expansioacuten radial hacia el exterior no se produce cuando la traccioacuten del aluminio se
anula sino que eacutesta puede soportar compresioacuten hasta un determinado valor que
generalmente anda entre 10 y 15 MPa seguacuten los autores del estudio Esto provoca que
aumente la temperatura a la que se produce la expansioacuten radial del aluminio y la
consiguiente reduccioacuten del coeficiente de expansioacuten del conductor Los autores
describen el proceso mediante el cual el aluminio soporta compresioacuten en [RAW99] La
clave estaacute en que las capas interiores de aluminio se relajan antes que la capa exterior
Por lo tanto las capas interiores tienden a expandirse radialmente hacia el exterior
pero la capa exterior no se lo permite pues ejerce una fuerza radial hacia el interior de
forma que las capas interiores experimentan una compresioacuten axial A medida que
aumenta la temperatura la traccioacuten en la capa exterior se reduce y la compresioacuten en las
capas del interior aumenta hasta que llega un momento en que se equilibran las
fuerzas radiales y el aluminio se expande hacia el exterior
El estudio citado se realizoacute a raiacutez de que se observaban temperaturas de transicioacuten
mayores que las esperadas En este sentido otro autor propone una explicacioacuten
alternativa En [RAW99] consideran que durante el proceso de produccioacuten de
conductores compuestos el aluminio puede quedar con un cierto valor de traccioacuten que
posteriormente hace que la temperatura de transicioacuten sea mayor que si no existiese
dicha traccioacuten
44 Vano regulador
Cuando existen varios apoyos de suspensioacuten entre dos apoyos de amarre en lugar de
realizar el caacutelculo sobre cada uno de los vanos y tener en cuenta el desplazamiento de
la cadena de suspensioacuten debido a las diferencias en las variaciones de traccioacuten en
vanos adyacentes es posible realizar una simplificacioacuten en el caacutelculo [CIG324]
[MOT99] La simplificacioacuten representa el conjunto de vanos por un uacutenico vano
denominado vano regulador cuya longitud se calcula a partir de la longitud de los
vanos que forman el conjunto Cuando se produce un cambio de temperatura o un
cambio en las condiciones de viento o hielo la variacioacuten de traccioacuten es diferente en
cada vano en funcioacuten de su longitud Sin embargo debido a la libertad de movimiento
de la cadena de suspensioacuten la traccioacuten se iguala entre vanos adyacentes de forma
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
107
que la traccioacuten horizontal tiene un valor constante en todo el conjunto de vanos El
mencionado cambio de condiciones produce en el vano regulador una variacioacuten de
traccioacuten similar al que se produce en el conjunto de vanos Por tanto se simplifica el
caacutelculo al ser suficiente analizar un uacutenico vano La longitud del vano regulador se
calcula mediante la ecuacioacuten (435)
sum
sum
=
== n
ii
n
ii
r
a
aa
1
1
3
(435)
A partir de la traccioacuten Hr y flecha fr calculados sobre el vano regulador la traccioacuten en
cualquiera de los vanos tiene el mismo valor y la flecha fi se puede obtener a partir de
la ecuacioacuten (436)
2
sdot=
r
iri a
aff (436)
La aproximacioacuten del vano regulador se basa en los siguientes supuestos [MOT99]
bull Las longitudes de los vanos son grandes comparadas con las diferencias de
alturas entre puntos de apoyo
bull La carga por unidad de longitud es igual en todos los vanos
bull La temperatura del conductor es la misma a lo largo de la seccioacuten de liacutenea
bull Las cadenas de suspensioacuten tienen libertad de movimiento sin liacutemite
En realidad las cadenas de suspensioacuten tienen limitado su movimiento por lo que en
ciertas condiciones es posible que no se produzca una completa igualdad de traccioacuten
entre los vanos adyacentes En [MOT99] se analizan los errores asociados al meacutetodo y
las condiciones en las que los errores cobran mayor importancia Se concluye que
generalmente el error es pequentildeo en caso de que se opere por debajo de 100 ordmC y las
diferencias entre las longitudes de los vanos adyacentes no sean grandes
45 Meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico de conductores
Los meacutetodos de caacutelculo de flecha-traccioacuten permiten calcular la traccioacuten y flecha del
conductor para diferentes condiciones de temperatura viento hielo y fluencia asociada
al tiempo de vida de la instalacioacuten El caacutelculo de flecha-traccioacuten tiene un objetivo
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
108
praacutectico que se resume en determinar las tablas de tendido que maximizan la traccioacuten
del conductor teniendo en cuenta las restricciones de traccioacuten maacutexima y flecha
maacutexima Como antes de realizar la instalacioacuten no se sabe queacute temperatura va a tener
el conductor pues depende de la climatologiacutea en el momento de la instalacioacuten se
realiza una tabla que determina el tense para una serie de temperaturas Es lo que se
denomina tabla de tendido
En [CIG324] se clasifican los meacutetodos de caacutelculo en funcioacuten de la modelizacioacuten que
realicen de la fluencia
bull Meacutetodos que no consideran la fluencia
bull Meacutetodos que consideran la fluencia y determinan su valor por la experiencia
bull Meacutetodos que consideran la fluencia y determinan su valor experimentalmente
Como los meacutetodos del tercer grupo estaacuten basados en curvas o graacuteficos se les
denomina meacutetodos graacuteficos
En el caso de conductores compuestos los meacutetodos se pueden clasificar tambieacuten en
funcioacuten de la modelizacioacuten que realicen del conductor
bull Meacutetodos que consideran un comportamiento independiente del nuacutecleo y
aluminio Calculan la traccioacuten tanto del nuacutecleo como del aluminio y consideran
el aflojamiento del aluminio caracterizado por la temperatura de transicioacuten
bull Meacutetodos que consideran al conductor en su conjunto No calculan la traccioacuten
del nuacutecleo y del aluminio ni consideran el aflojamiento del aluminio
caracterizado por la temperatura de transicioacuten
En el caso del sistema eleacutectrico espantildeol donde la mayoriacutea de conductores son del tipo
ACSR lo maacutes comuacuten es utilizar el meacutetodo que considera al conductor en su conjunto y
determina el valor de la fluencia por experiencia Es un meacutetodo sencillo y
perfectamente vaacutelido para los conductores empleados Sin embargo debido a que no
puede determinar la traccioacuten en el aluminio y por tanto la temperatura de transicioacuten en
el que este queda flojo su aplicacioacuten se ve limitada en el caso de los conductores de
altas prestaciones teacutermicas y baja flecha
En Norteameacuterica generalmente emplean meacutetodos que consideran un comportamiento
independiente del nuacutecleo y aluminio y determinan el valor de la fluencia a partir de
datos experimentales Son meacutetodos maacutes complejos pero a la vez maacutes completos
Estos meacutetodos siacute permiten determinar la traccioacuten en el aluminio y por tanto la
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
109
temperatura de transicioacuten en el que este queda flojo Entre estos meacutetodos el maacutes
empleado es el meacutetodo graacutefico ALCOA pero tambieacuten es interesante el meacutetodo de suma
de deformaciones debido a su versatilidad
A continuacioacuten se describen los meacutetodos de caacutelculo maacutes representativos con objeto de
posteriormente proponer un meacutetodo adecuado para su aplicacioacuten a los conductores de
altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
451 Meacutetodo que considera al conductor en su conjunto y determina el valor de la fluencia por experiencia
Este meacutetodo es uno de los maacutes sencillos y su aplicacioacuten estaacute orientada a conductores
de aleacioacuten de aluminio o conductores compuestos convencionales como el ACSR Es
el meacutetodo maacutes comuacuten en la bibliografiacutea espantildeola [ALV72] [CHE88] [MORE99]
[MORE01] Considera al conductor en su conjunto por lo que no modeliza el
aflojamiento del aluminio No obstante este fenoacutemeno no es muy frecuente en
conductores ACSR debido a que su temperatura de funcionamiento no es lo
suficientemente elevada por lo que su omisioacuten no presenta grandes inconvenientes El
meacutetodo considera la fluencia pero de forma simplificada Es decir la fluencia final del
conductor no se obtiene experimentalmente sino que se considera un valor constante
que seguacuten la experiencia se supone adecuado
La deformacioacuten elaacutestica se caracteriza por el moacutedulo elaacutestico equivalente del conductor
E y la expansioacuten teacutermica por el coeficiente de expansioacuten teacutermica α
Se define una condicioacuten de referencia y el resto de condiciones se obtienen a partir de
ella La longitud de referencia correspondiente se obtiene a partir de la geometriacutea de la
catenaria y la traccioacuten asociada a la condicioacuten de referencia To (Fig 414)
Fig 414 Longitud de referencia Lo
Las condiciones consideradas pueden corresponder o bien a la situacioacuten inicial de
instalacioacuten o a la situacioacuten final A la situacioacuten final se le asocia una determinada
fluencia respecto a la situacioacuten inicial La fluencia se representa mediante un ficticio
incremento de temperatura θf del conductor Esta temperatura θf se antildeade a la
temperatura real Por ejemplo la compantildeiacutea eleacutectrica Iberdrola utiliza un valor de 15 ordmC
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
110
para representar la fluencia de los conductores ACSR y Red Eleacutectrica de Espantildea REE
utiliza un valor de 10 ordmC
A partir de la condicioacuten de referencia el resto de condiciones se calcula mediante un
meacutetodo iterativo (Fig 415) Se itera en el valor de la traccioacuten T del conductor hasta
que la diferencia entre la longitud Lg asociada a la geometriacutea y la longitud Lc asociada
al conductor esteacute por debajo de un determinado umbral
Geometriacutea catenaria
Conductor
Viento y hielo
θ
T Lc
Iterar en T hasta Lg = Lc
Lo θo To θof
Lg
Fluencia (θf)
Fig 415 Proceso iterativo de caacutelculo
Existen simplificaciones del meacutetodo Una de las maacutes sencillas y empleadas es la que
aproxima la curva de la catenaria a una paraacutebola y considera que la longitud a del vano
es igual a la longitud L del conductor Para un vano con apoyos a la misma altura la
ecuacioacuten del cambio de condiciones viene dada por la ecuacioacuten (437) Esta ecuacioacuten
representa la variacioacuten en la longitud del conductor ∆Lc debido al cambio de
temperatura traccioacuten y fluencia (parte izquierda de la igualdad) la cual es igual a la
variacioacuten en la longitud de la curva que adopta el conductor ∆Lg con los nuevos valores
de traccioacuten y carga (parte derecha de la igualdad) Se itera en T hasta que la diferencia
entre las dos partes de la igualdad esteacute por debajo de un determinado umbral
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ] 2422211 oo
fo
f TTaAETT ωωθθαθθα minussdot=minussdot+sdotminus+minussdot (437)
452 Meacutetodos que consideran un comportamiento independiente del nuacutecleo y
aluminio y determinan el valor de la fluencia experimentalmente
4521 Meacutetodo graacutefico ALCOA
El meacutetodo graacutefico Alcoa fue desarrollado en 1926 [VAR27] Se basa en las curvas
experimentales de esfuerzo-deformacioacuten y fluencia En el caso de conductores
compuestos se obtienen las curvas del aluminio y del nuacutecleo de forma separada El
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
111
meacutetodo se implementa en el software comercial SAG10 de Alcoa disponible desde
1963 y dedicado exclusivamente al caacutelculo mecaacutenico de conductores El mismo
meacutetodo con resultados similares se utiliza tambieacuten en el software PLS-CADD Este
software permite realizar el disentildeo de liacuteneas contemplando muchos aspectos de forma
que el caacutelculo mecaacutenico del conductor es solo una pequentildea parte de las posibilidades
que ofrece
Para facilitar el anaacutelisis mediante computacioacuten las curvas obtenidas
experimentalmente se representan mediante ecuaciones que relacionan el esfuerzo
virtual σvirtual y la deformacioacuten ε (438-440) El esfuerzo virtual se obtiene multiplicando
el esfuerzo del aluminio o nuacutecleo por la relacioacuten del aacuterea del aluminio o nuacutecleo y el
conductor completo Es decir en el caso del aluminio se multiplica por AaA y en el del
nuacutecleo por AnA De esta forma al sumar el esfuerzo virtual de nuacutecleo y aluminio se
obtiene el esfuerzo real del conductor completo Las curvas iniciales corresponden a
los ensayos esfuerzo-deformacioacuten citados anteriormente y representan la fluencia de
una hora del conductor Vienen dadas por polinomios de cuarto orden (438) Las
curvas de fluencia representan una fluencia de 10 antildeos y vienen dadas tambieacuten por
polinomios de cuarto orden (439) Las curvas finales representan el comportamiento
final del conductor El conductor tiene un comportamiento lineal y el esfuerzo virtual y la
deformacioacuten se relacionan mediante el moacutedulo elaacutestico virtual Evirtual (440) El moacutedulo
elaacutestico virtual se obtiene multiplicando el moacutedulo elaacutestico del aluminio o nuacutecleo por la
relacioacuten del aacuterea del aluminio o nuacutecleo y el conductor completo
4
43
32
210 εεεεσ sdot+sdot+sdot+sdot+= aaaaavirtualinicial (438)
44
33
2210 εεεεσ sdot+sdot+sdot+sdot+= bbbbbvirtual
fluencia (439)
εσ sdot+= virtualvirtualfinal Ec0 (440)
Estas curvas estaacuten asociadas a la temperatura θo en la que se realizaron los ensayos
A partir de estas curvas y teniendo en cuenta la deformacioacuten debida a la expansioacuten
teacutermica se pueden obtener las curvas a cualquier otra temperatura Para ello se
consideran las curvas de esfuerzo-deformacioacuten del nuacutecleo y aluminio de forma
independiente y se desplazan las curvas en el eje de la deformacioacuten (abscisa) seguacuten la
deformacioacuten debida a la expansioacuten teacutermica La deformacioacuten y por tanto el
desplazamiento es mayor para el aluminio ( θεa ) que para el material del nuacutecleo ( θεn ) Si
la temperatura es superior a la de la curva inicial la curva se desplaza hacia la
derecha Si la temperatura es menor la curva se desplaza hacia la izquierda
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
112
Finalmente las dos curvas de esfuerzo virtual-deformacioacuten se suman para obtener la
curva de esfuerzo-deformacioacuten del conductor a dicha temperatura
De igual forma el meacutetodo emplea una longitud de referencia Lo que se asocia a la
longitud del conductor sin traccioacuten mecaacutenica ni fluencia a la temperatura de realizacioacuten
de los ensayos θo Representa la longitud del conductor antes de ser instalado en el
vano Se calcula a partir de la geometriacutea de la catenaria las curvas iniciales y una
condicioacuten inicial conocida como la condicioacuten de instalacioacuten (traccioacuten temperatura)
como se puede ver en la Figura 416
Geometriacutea catenaria
Viento y hielo
θ
Lg
T
ε ε+=
1
g
oLLConductor
Curvas iniciales (θo)
Fig 416 Longitud de referencia Lo
El caacutelculo de cambio de condiciones se realiza mediante un proceso iterativo (Fig
417) La variable de iteracioacuten es la longitud del conductor Lc A partir de este valor se
obtiene la deformacioacuten ε y posteriormente el esfuerzo σ y la traccioacuten T del conductor
Se calcula la longitud Lg de la catenaria y se compara con la longitud Lc del conductor
Se itera esta longitud hasta que la diferencia es menor que un determinado umbral
Geometriacutea catenaria
Conductor
Viento y hielo
θ
Lg
Tc
Lc
Iterar en Lc hasta Lg = Lc
Tg
Lo θo To
Fig 417 Proceso iterativo de caacutelculo
La condicioacuten de referencia es diferente para las condiciones finales Se obtiene
considerando la fluencia experimentada por el conductor En este sentido se
presentan dos opciones La primera opcioacuten es considerar una fluencia continua a una
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
113
determinada temperatura generalmente alrededor de 15 ordmC durante cierto periacuteodo de
tiempo habitualmente 10 antildeos (Fig 418a) En este caso la condicioacuten de referencia
final se obtiene utilizando las curvas de fluencia en el proceso iterativo descrito
previamente La segunda opcioacuten es considerar la situacioacuten inicial de una hora de
fluencia asociada a una determinada condicioacuten de traccioacuten maacutexima debida a valores
altos de sobrecarga de viento o hielo (Fig 418b) En este caso la condicioacuten de
referencia final es la propia condicioacuten inicial de maacutexima traccioacuten PLS-CADD muestra
las dos opciones en el resultado final mientras que SAG10 elige la opcioacuten que da como
resultado una flecha final mayor En la Figura 419 se observa el resultado de SAG10
cuando el factor limitante es el de fluencia continua mientras que en la Figura 420 se
muestra el resultado cuando la sobrecarga da a lugar a una deformacioacuten y flecha
mayor
Fig 418 Condicioacuten final de referencia a) A partir de curvas de fluencia b) A partir de condicioacuten inicial de
maacutexima traccioacuten
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
114
Fig 419 Condiciones de referencia en funcioacuten de la fluencia a 60 ordmF
Fig 420 Condiciones de referencia en funcioacuten de la traccioacuten maacutexima
le 50
le 333 le 25
le 50
le 333 le 25
Condicioacuten liacutemite de traccioacuten
Condicioacuten liacutemite de traccioacuten
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
115
Hay una tercera condicioacuten que se evaluacutea para determinar la condicioacuten de referencia
final Se trata de la fluencia a alta temperatura El usuario asocia un determinado
nuacutemero de horas a una determinada temperatura Se trata de valores altos de
temperatura debidos a contingencias que se espera pueda tener la liacutenea a lo largo de
su vida Se realiza el caacutelculo de fluencia de cada temperatura de forma independiente
seguacuten fue establecido en [HAR70] En el manual de SAG10 se indican los siguientes
valores tiacutepicos 1000 horas a 100 ordmC 100 horas a 125 ordmC y 10 horas a 150 ordmC Indica
que en el caso de conductores con mucho acero (maacutes del 75 en seccioacuten) para estos
valores de tiempo la fluencia a alta temperatura es menor que la fluencia a temperatura
ambiente por lo que se desprecia
45211 Meacutetodo hiacutebrido
Este meacutetodo ha sido propuesto recientemente como alternativa a los meacutetodos que
consideran al conductor en su conjunto y no tienen en cuenta la transicioacuten y la
posibilidad de que el aluminio deje de soportar carga [ALA06] El meacutetodo considera un
comportamiento lineal del nuacutecleo y del aluminio Se basa en fijar una condicioacuten de
referencia donde se conoce el valor de la traccioacuten para el nuacutecleo y para el aluminio A
partir de esta situacioacuten de referencia uacutenicamente considera variaciones de
temperatura y carga En realidad este meacutetodo es simplemente una pequentildea parte del
meacutetodo graacutefico ALCOA Es equivalente al cambio de condiciones dentro del grupo
correspondiente al estado final El algoritmo es diferente pero los fundamentos son los
mismos
Realiza un doble caacutelculo de forma que entre los dos resultados obtenidos escoge el
adecuado (Fig 421) Por una parte considera que tanto el aluminio como el nuacutecleo
soportan traccioacuten y modeliza el conductor en su conjunto mediante su moacutedulo elaacutestico
E y su coeficiente de expansioacuten α Por otra parte considera que solo el nuacutecleo estaacute en
traccioacuten En este caso el conductor se modeliza mediante el moacutedulo elaacutestico En y el
coeficiente de expansioacuten αn del nuacutecleo De entre los dos resultados se elige aquel que
resulta en una traccioacuten mayor y una flecha menor Con objeto de simplificar los
caacutelculos el meacutetodo utiliza la aproximacioacuten a la paraacutebola
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
116
Fig 421 Proceso iterativo de caacutelculo
4522 Meacutetodo de suma de deformaciones
Este meacutetodo [BAR83] surge a principios de lo 80 como alternativa al meacutetodo graacutefico
ALCOA Uno de los objetivos del meacutetodo es flexibilizar el caacutelculo en cuanto al efecto de
la fluencia El meacutetodo se caracteriza por tener a la deformacioacuten del conductor como
variable dependiente La deformacioacuten puede ser debida a la traccioacuten (εT) la
temperatura (εθ) y la fluencia (εf) La deformacioacuten debida a la fluencia es la suma de las
deformaciones por fluencia metaluacutergica (εfm) y fluencia por asentamiento (εfa) Cada una
de estas deformaciones se calcula individualmente y se suman para obtener la
deformacioacuten total El caacutelculo se realiza de forma independiente para el nuacutecleo y el
aluminio
faa
fmaa
Taa εεεεε θ +++= (442)
facore
fmcorecore
Tcorecore εεεεε θ +++= (443)
El proceso iterativo se muestra en la Figura 422 Como la deformacioacuten es la variable
dependiente tanto la deformacioacuten del nuacutecleo como la del aluminio son desconocidos
Con objeto de que haya una uacutenica variable desconocida la deformacioacuten del aluminio
se obtiene a partir de la traccioacuten asociada a la geometriacutea de la catenaria Tg la cual se
obtiene a partir de la longitud Ln asociada a la traccioacuten en el nuacutecleo Tn que es la
variable de iteracioacuten
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
117
Geometriacutea catenaria
Nuacutecleo
Lo θo To
Viento y hielo
θ
Tg
Iterar en Tn hasta La = Ln
Tn Ln
Aluminio
Lo θo To
- +
TaLa
Lg
Fluencia (εnfm εn
fa)
Fluencia (εafm εa
fa)
Fig 422 Proceso iterativo de caacutelculo
Los autores de este meacutetodo son los que desarrollaron la teoriacutea de la compresioacuten del
aluminio cuando se afloja [NIG81] la cual ha sido descrita en el apartado 434 Debido
a este efecto la temperatura de transicioacuten del conductor aumenta Actualmente el
meacutetodo graacutefico implementado en SAG10 y PLS-CADD tambieacuten permite considerar este
efecto
A pesar de que el meacutetodo tiene algunas ventajas sobre el meacutetodo graacutefico ALCOA
principalmente relacionado con la flexibilidad para el caacutelculo de fluencia no parece que
haya tenido implementacioacuten comercial pues los dos software maacutes extendidos sobre
todo en Ameacuterica y tambieacuten a nivel mundial son SAG10 y PLS-CADD basados en el
meacutetodo graacutefico ALCOA
453 Fluencia en los meacutetodos de caacutelculo descritos
En el caacutelculo mecaacutenico de conductores desde un punto de vista praacutectico se intenta
calcular la fluencia experimentada por el conductor desde que se instala hasta el final
de la vida de la liacutenea El objeto es determinar cuaacutento hay que sobredimensionar el
tense de instalacioacuten para que cuando eacuteste se reduzca debido a la fluencia se sigan
respetando los liacutemites de distancias La fluencia depende de varios factores como son
el tense inicial de la liacutenea las caracteriacutesticas del conductor (especialmente proporcioacuten
de aceroaluminio) y las condiciones que experimente a lo largo de su vida las cuales
dependen de las condiciones climatoloacutegicas y los perfiles de carga eleacutectrica
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
118
Debido fundamentalmente a la variabilidad de las condiciones climatoloacutegicas y los
perfiles de carga eleacutectrica durante la vida de la liacutenea resulta complejo el caacutelculo de la
deformacioacuten debida a la fluencia Por ello a la hora de realizar el caacutelculo es necesario
recurrir a simplificaciones
En el caso del meacutetodo que determina la fluencia por experiencia como se ha visto se
representa la deformacioacuten por fluencia mediante una temperatura que en el caso de
Iberdrola es de 15 ordmC y en el de REE de 10 ordmC Esta temperatura representa la
deformacioacuten debida a fluencia durante la vida de la liacutenea Para determinar la
deformacioacuten se multiplica esta temperatura por el coeficiente de expansioacuten teacutermica del
conductor Como en funcioacuten de la cantidad de aluminio y acero que tenga el conductor
el coeficiente de expansioacuten teacutermica es diferente la deformacioacuten por fluencia tambieacuten lo
seraacute Seraacute mayor en aquellos conductores con mayor proporcioacuten de aluminio lo cual
es coherente con lo que ocurre en realidad ya que cuanto maacutes aluminio tenga un
conductor mayor seraacute la fluencia que experimente Este valor de temperatura se ha
determinado a partir de la experiencia obtenida a lo largo de los antildeos gestionando
liacuteneas eleacutectricas en el sistema eleacutectrico En principio es un valor que representa las
condiciones climatoloacutegicas y los niveles de carga tiacutepicos de una liacutenea eleacutectrica Sin
embargo es evidente la limitacioacuten de la consideracioacuten de un valor uacutenico para todas las
liacuteneas pues las condiciones climatoloacutegicas en cada liacutenea variacutean en funcioacuten de
localizacioacuten de la liacutenea y los niveles de carga tambieacuten pueden variar
El meacutetodo graacutefico ALCOA realiza una modelizacioacuten de la fluencia que intenta
aproximarse a la realidad aunque tambieacuten cuenta con limitaciones Aunque estaacute claro
que la temperatura del conductor va a variar es imposible conocer el perfil de variacioacuten
por lo que se realiza una aproximacioacuten que consiste en suponer que durante la vida de
la liacutenea que en este meacutetodo es de 10 antildeos la temperatura del conductor permanece
constante La temperatura elegida suele ser la temperatura media del conductor y en
Norteameacuterica lo habitual es elegir un valor de 60 ordmF (156 ordmC) seguacuten se especifica en
los manuales de SAG-10 y PLS-CADD A partir de esta suposicioacuten se calcula la
deformacioacuten debida a la fluencia mediante las curvas de fluencia que se ha obtenido
con ensayos de fluencia Se supone que durante toda la vida de la liacutenea el conductor
ha estado a traccioacuten constante En principio el valor de esta traccioacuten es desconocido
pues es la traccioacuten al final de la vida de la liacutenea Se obtiene como resultado del caacutelculo
mecaacutenico y es funcioacuten de la temperatura ambiente elegida las curvas de fluencia y la
longitud del vano Cuanto mayor sea la traccioacuten de instalacioacuten mayor va a ser la
traccioacuten final y por tanto la deformacioacuten por fluencia Esto no se considera en el meacutetodo
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
119
que determina la fluencia por experiencia donde la fluencia es independiente del nivel
de traccioacuten inicial de la liacutenea El meacutetodo considera tambieacuten la deformacioacuten debida al
asentamiento geomeacutetrico Realiza el caacutelculo a partir de las curvas de esfuerzo-
deformacioacuten Considera las condiciones de maacutexima traccioacuten para las cuales calcula la
traccioacuten y a partir de las curvas determina la deformacioacuten permanente La deformacioacuten
debida a fluencia metaluacutergica a temperatura ambiente y la debida al asentamiento
geomeacutetrico asociado a condiciones de maacutexima traccioacuten no se suman sino que se
comparan y se elige la mayor En realidad tanto uno como otro afectan a la fluencia
total final pero es verdad que cuando ocurre uno atenuacutea el otro y viceversa Es decir si
se produce una tormenta de friacuteo que produce una deformacioacuten por asentamiento
geomeacutetrico se reduce la traccioacuten de la liacutenea por lo que a partir de ese momento se
reduce la fluencia metaluacutergica Por otra parte a medida que se produce fluencia
metaluacutergica se reduce la traccioacuten del conductor y en caso de darse una condicioacuten de
traccioacuten maacutexima la traccioacuten maacutexima seraacute menor por lo que tambieacuten lo seraacute la
deformacioacuten producida Como es complejo considerar esta interaccioacuten se realiza el
caacutelculo de cada efecto de manera independiente suponiendo que no le afecta el otro
Es decir la fluencia metaluacutergica de los 10 antildeos no considera la reduccioacuten de traccioacuten
debida a una condicioacuten de traccioacuten maacutexima De forma similar la condicioacuten de traccioacuten
maacutexima se supone que se produce al inicio de la vida del conductor de forma que no
considera la reduccioacuten de traccioacuten por fluencia metaluacutergica Es una forma de simplificar
el caacutelculo y realizar una aproximacioacuten Por uacuteltimo realiza el caacutelculo de fluencia
metaluacutergica a alta temperatura para varios valores de temperatura En este caso
tampoco se suma la fluencia sino que se compara con la fluencia a temperatura
ambiente Esto siacute estaacute justificado pues como se ha visto la fluencia depende de la
deformacioacuten total desarrollada de forma que si a alta temperatura se produce una
deformacioacuten que a temperatura ambiente se tardariacutea maacutes de 10 antildeos en alcanzar
cuando el conductor estaacute a temperatura ambiente no va a desarrollar deformacioacuten por
fluencia hasta que no se supere ese tiempo
Tan importante como calcular la fluencia al final de la vida del conductor es cuantificar
la fluencia desarrollada durante la instalacioacuten En el caso del meacutetodo que determina la
fluencia por experiencia no se considera fluencia inicial y se indica directamente la
fluencia que se desarrolla desde la instalacioacuten hasta el final de la vida de la liacutenea En el
caso del meacutetodo graacutefico ALCOA sin embargo se cuantifica la fluencia inicial
asociaacutendose a las curvas de esfuerzo-deformacioacuten Por lo tanto se considera una
fluencia inicial de una hora
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
120
Por uacuteltimo el meacutetodo de suma de deformaciones calcula la deformacioacuten debida a la
fluencia mediante un caacutelculo secuencial Este meacutetodo es el que maacutes se aproxima a la
realidad pues considera la fluencia metaluacutergica el asentamiento geomeacutetrico y la
interaccioacuten entre ellos La clave estaacute en definir de forma adecuada la secuencia de
condiciones meteoroloacutegicas y de carga del estudio Especialmente las condiciones de
maacutexima traccioacuten son las maacutes difiacuteciles de prever tanto en valores de los paraacutemetros
como en cuaacutendo van a ocurrir Este meacutetodo permite una gran versatilidad a la hora de
calcular la fluencia pudieacutendose plantear tantos periodos de tiempo como se consideren
oportunos
46 Incertidumbre asociada al caacutelculo mecaacutenico
Es importante tener en cuenta las limitaciones de los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico
asociadas a ciertas incertidumbres que afectan al resultado [CIG324] Incertidumbres
relacionadas al peso del conductor a los efectos de final de vano en cadenas de
suspensioacuten y a la flexibilidad de las estructuras de apoyo producen errores del 1 al
2 en el caacutelculo de la flecha
El peso del conductor habitualmente es entre un 02 y un 06 mayor que el valor
nominal y su valor puede aumentar a lo largo del tiempo debido a la polucioacuten o proceso
de envejecimiento
En el caacutelculo mecaacutenico se supone que el conductor es totalmente flexible y toma la
forma de una catenaria Sin embargo alrededor de los vanos de suspensioacuten el
conductor es maacutes riacutegido especialmente si tiene varillas de armado y no toma
exactamente la forma de la catenaria La flecha real puede ser entre 04 y 09
menor que la calculada
El moacutedulo elaacutestico del conductor se considera constante pero en realidad su valor
depende de la temperatura De forma similar el coeficiente de expansioacuten teacutermica del
conductor considerado constante depende del esfuerzo y del valor del moacutedulo
elaacutestico que como se ha visto variacutea con la temperatura Generalmente estas
variaciones no afectan en gran medida al valor de la flecha
En el caso de que el conductor opere a alta temperatura tambieacuten son fuente de error el
gradiente radial de temperatura del conductor la simplificacioacuten de la modelizacioacuten
Capiacutetulo 4 Estado del arte del caacutelculo mecaacutenico de conductores aeacutereos
121
mediante el vano regulador o el efecto de la temperatura de fabricacioacuten del conductor
como se observa en la Tabla 42 [CIG244]
Tabla 42 Fuentes de error a alta temperatura [CIG244]
El gradiente de temperatura en el conductor ha sido analizado en [DOU86] [FOS87]
[BLA88] [MOR92] [MINtilde99] La temperatura en el interior es mayor que en el exterior
debido al enfriamiento que se produce en la superficie del conductor Esta diferencia de
temperatura reduce la expansioacuten relativa del aluminio respecto del acero de forma que
aumenta la temperatura de transicioacuten en la que se afloja el aluminio Aunque esta
diferencia de temperatura existe siempre en la mayoriacutea de los casos su valor se
considera despreciable desde el punto de vista praacutectico [CIG244] Sin embargo en
conductores de gran tamantildeo y con valores altos de corriente puede tener importancia
[DOU00]
Finalmente tambieacuten se debe tener en cuenta el error o limitacioacuten asociada a la
instalacioacuten de los conductores La instalacioacuten se realiza seguacuten la tabla de tendido pero
con un error asociado al proceso de instalacioacuten Asiacute por ejemplo las tolerancias
admisibles por Iberdrola en la instalacioacuten suelen ser de 10 cm o el 2 de la flecha
teoacuterica con un maacuteximo de 50 cm en los vanos de regulacioacuten y comprobacioacuten
47 Conclusiones
Se han descrito los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico de conductores maacutes importantes
Previamente se han analizado los aspectos que determinan el caacutelculo mecaacutenico y que
estaacuten relacionados con la geometriacutea del vano y el comportamiento del conductor
Posteriormente en el Capiacutetulo 6 se analizaraacuten los inconvenientes asociados a los
meacutetodos descritos con respecto a su aplicacioacuten a los conductores de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea Asiacute se determinaraacuten las debilidades de estos meacutetodos con
objeto de proponer un meacutetodo adecuado para los mismos
122
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
123
CAPIacuteTULO 5 ESTADO DEL ARTE DEL CAacuteLCULO TEacuteRMICO DE CONDUCTORES AEacuteREOS
51 Introduccioacuten
La temperatura de un conductor de una liacutenea eleacutectrica aeacuterea con unas determinadas
caracteriacutesticas depende de la intensidad de corriente y de las condiciones
climatoloacutegicas a las que se ve sometido El conductor se calienta debido a las peacuterdidas
asociadas al paso de corriente y al calentamiento producido por la radiacioacuten solar Se
enfriacutea por la radiacioacuten emitida por el conductor y por el efecto de conveccioacuten del viento
Asiacute como el calentamiento del conductor es praacutecticamente independiente de la
temperatura del conductor (en realidad la resistencia eleacutectrica y las peacuterdidas aumentan
con la temperatura) el enfriamiento (tanto por radiacioacuten o conveccioacuten) aumenta con la
temperatura del conductor Asiacute la temperatura del conductor seraacute aquella que equilibre
el calentamiento y el enfriamiento es decir aquella que haga que la energiacutea teacutermica de
entrada sea igual a la de salida En caso de que exista un desequilibrio la temperatura
variaraacute hasta que se alcance un valor de temperatura que equilibre la energiacutea teacutermica
de entrada y salida
Existen numerosos trabajos relacionados con la cuantificacioacuten de los diversos factores
que determinan el comportamiento teacutermico del conductor Estos trabajos han servido
como base de dos estaacutendar o meacutetodos de referencia que engloban todos los factores
Han sido desarrollados y publicados por CIGRE [CIG207] por una parte y por IEEE
[IEEE738] por otra Aunque existen pequentildeas diferencias entre los resultados de uno y
otro meacutetodo los resultados son similares tal y como se cita en [CIG299] y se
comprueba en un estudio realizado al respecto [SCH99] Tanto el meacutetodo CIGREacute como
el meacutetodo IEEE son ampliamente utilizados a la hora de relacionar la intensidad de
corriente la temperatura del conductor y las variables meteoroloacutegicas Los resultados
obtenidos mediante los meacutetodos CIGREacute e IEEE son similares entre ellos y las
diferencias son despreciables en comparacioacuten con el efecto de la incertidumbre en las
variables de entrada del caacutelculo [CIG299]
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
124
52 Ecuacioacuten de balance teacutermico
521 Reacutegimen permanente
El balance teacutermico en reacutegimen permanente viene expresado por la ecuacioacuten (51)
donde Pj es el calentamiento por efecto Joule Pm es el calentamiento por peacuterdidas
magneacuteticas Ps el calentamiento por la radiacioacuten solar Pc el enfriamiento por
conveccioacuten y Pr el enfriamiento por radiacioacuten Estos teacuterminos representan la
transferencia de energiacutea por unidad de tiempo y unidad de longitud del conductor por lo
que su unidad es Wm
rcsmj PPPPP +=++ (51)
522 Reacutegimen transitorio
El balance teacutermico en reacutegimen transitorio viene dado por la ecuacioacuten (52) Es similar al
de reacutegimen permanente con la inclusioacuten de un teacutermino que representa la variacioacuten de
temperatura del conductor
rcpsmj PPdtdcmPPP +=sdot+++
θ (52)
La variacioacuten de temperatura depende de m masa del conductor por unidad de longitud
y cp calor especiacutefico del material En el caso de conductores compuestos el producto
mcp se obtiene como suma de productos de cada material que compone el conductor
(53)
pnnpaap cmcmcm sdot+sdot=sdot (53)
523 Calentamiento asociado a la corriente eleacutectrica
La corriente eleacutectrica a traveacutes de un conductor produce varios efectos que se traducen
en una disipacioacuten de energiacutea en forma de calor La disipacioacuten de energiacutea es debida
fundamentalmente al efecto Joule que es inherente a la circulacioacuten de corriente
eleacutectrica a traveacutes de un determinado material y que depende principalmente del tipo de
material y su temperatura El efecto Joule se produce tanto en corriente continua como
en corriente alterna Sin embargo en corriente alterna hay varios efectos que hacen
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
125
aumentar las peacuterdidas Uno de ellos es el efecto pelicular o efecto skin que da lugar a
una distribucioacuten de la densidad de corriente no uniforme en la seccioacuten del conductor de
forma que la densidad es mayor en el exterior del conductor y menor en el interior Esta
distribucioacuten no uniforme se traduce en un aumento de las peacuterdidas de energiacutea Otro
efecto asociado a la corriente alterna es el de las peacuterdidas magneacuteticas en el nuacutecleo de
conductores con nuacutecleo de acero Debido a la configuracioacuten helicoidal de los alambres
la corriente crea un campo magneacutetico axial en los alambres del nuacutecleo Este campo
magneacutetico depende de la corriente y del paso de la heacutelice (a mayor paso menor
campo magneacutetico) Las peacuterdidas en el nuacutecleo magneacutetico son debidas a dos causas la
histeacuteresis y las corrientes de Eddy (o de Foucault)
Las peacuterdidas de energiacutea debidas a la corriente eleacutectrica se representan mediante la
resistencia eleacutectrica R del conductor Se diferencia la resistencia eleacutectrica de corriente
continua Rdc y la de corriente alterna Rac En ambos casos las peacuterdidas se calculan
mediante el producto de la resistencia eleacutectrica y el cuadrado de la intensidad de
corriente En el caso de la corriente alterna el valor de la intensidad de corriente Iac que
se utiliza en el caacutelculo es su valor eficaz Asiacute la ecuacioacuten (54) representa el caacutelculo de
las peacuterdidas eleacutectricas para corriente alterna
acacmj RIPP sdot=+ 2 (54)
Una cuestioacuten importante a tener en cuenta es la dependencia con la temperatura de las
peacuterdidas por efecto Joule y por tanto de la resistencia eleacutectrica que las representa
Estas peacuterdidas aumentan con la temperatura
El caacutelculo de la resistencia en corriente continua es relativamente sencillo pues la
distribucioacuten de la corriente en la seccioacuten del conductor es uniforme variando en funcioacuten
del material y la temperatura El caacutelculo de la resistencia en corriente alterna es maacutes
complejo debido al efecto skin y a las peacuterdidas en el nuacutecleo magneacutetico Tanto el
meacutetodo CIGRE como el IEEE tienen en cuenta las cuestiones citadas aunque con
algunas diferencias
El meacutetodo IEEE hace referencia a una publicacioacuten de la Aluminum Association [ALU82]
donde se proporcionan valores de resistencias eleacutectricas de los conductores maacutes
comunes Se muestran las resistencias de corriente alterna a 60 Hz a dos
temperaturas diferentes (25 ordmC y 75 ordmC) de forma que la resistencia a cualquier otra
temperatura se calcula interpolando estos dos valores La norma realiza unas
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
126
observaciones sobre el error en la interpolacioacuten El aumento de la resistencia con la
temperatura no es exactamente lineal sino que es algo mayor Por lo tanto entre las
dos temperaturas que se interpola el valor de interpolacioacuten es mayor que el real Sin
embargo por encima de la mayor temperatura sobre la que se interpola el valor de
interpolacioacuten es menor que el valor real de la resistencia
El meacutetodo IEEE tambieacuten hace referencia a las peacuterdidas en el nuacutecleo magneacutetico Estas
peacuterdidas no estaacuten incluidas en los valores dados en [ALU82] Indica que estas peacuterdidas
afectan a los conductores con capas impares de alambres de aluminio de forma que la
resistencia en conductores con una capa puede ser hasta un 20 mayor que el dado
en [ALU82] y en conductores de tres capas hasta un 3 mayor
El meacutetodo CIGRE propone un meacutetodo de transformacioacuten de Rdc a Rac Esta propuesta
se basa en un estudio descrito en [PRI83] Dicho estudio a partir de medidas
experimentales propone unas foacutermulas empiacutericas para los siguientes conductores
bull Zebra (3 capas de aluminio)
bull Lynx (2 capas de aluminio)
bull Conductor de alta resistencia que cruza el Taacutemesis
bull Conductores de un alambre de acero y una capa de aluminio
El meacutetodo de CIGREacute generaliza algunas de las expresiones
bull La expresioacuten del Zebra lo proponen para los conductores de 3 capas de
aluminio
bull La expresioacuten para el Lynx lo proponen para los conductores de seccioacuten igual o
mayor a 175 mm2 tanto si tienen una capa de aluminio como si tienen dos
bull La expresioacuten para los conductores de un hilo de acero y una capa de aluminio
lo proponen para los conductores de seccioacuten menor a 175 mm2 tanto si tienen
una capa de aluminio como si tienen dos
Teniendo en cuenta el aumento de resistencia asociado a los conductores de una capa
de aluminio no parece adecuado proponer la expresioacuten de los conductores de un hilo
de acero y una capa de aluminio tambieacuten para conductores de dos capas de hilos de
aluminio De forma anaacuteloga tampoco parece razonable proponer la expresioacuten del Lynx
para los conductores de una capa de aluminio Ademaacutes el generalizar expresiones
empiacutericas obtenidas para unos conductores concretos deberiacutea dar un error maacutes o
menos apreciables para otros conductores
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
127
524 Calentamiento por radiacioacuten solar
El calentamiento por radiacioacuten solar es proporcional al diaacutemetro del conductor D a la
radiacioacuten solar que incide sobre el conductor S y a la absortividad de la superficie del
conductor α (55)
SDPs α= (55)
La absortividad de la superficie del conductor ε puede variar desde 023 para
conductores brillantes hasta 095 para conductores viejos en entornos industriales Su
valor aumenta con el tiempo y la velocidad de cambio depende de la polucioacuten
atmosfeacuterica y la tensioacuten eleacutectrica del conductor En el meacutetodo CIGRE se recomienda
utilizar un valor de 05 para el caacutelculo En el meacutetodo IEEE se indica que generalmente
el valor de la absortividad α es mayor que el de la emisividad ε y se dice que en caso
de que se desconozca su valor lo habitual es utilizar un valor de 05 para ambos
paraacutemetros o un valor de 09 para la absortividad y un valor de 07 para la emisividad
Seguacuten el meacutetodo CIGRE en caso de que se mida la radiacioacuten solar global su valor se
utilizariacutea en (55) como la radiacioacuten S En caso contrario tanto CIGRE como IEEE
describen la obtencioacuten de su valor en funcioacuten de diversos paraacutemetros que se presentan
a continuacioacuten
5241 Meacutetodo CIGRE
El meacutetodo CIGRE determina el valor de la radiacioacuten solar que incide sobre el conductor
S seguacuten la ecuacioacuten (56) donde ID es la radiacioacuten solar directa Id es la radiacioacuten solar
difusa η es el aacutengulo entre los rayos de sol y el conductor F es la reflectancia o albedo
del suelo y Hs la altitud del sol
( )( )FIHFIS dsD ++
+= 12sin
2sin ππη (56)
La radiacioacuten directa y difusa se obtienen en funcioacuten de la altitud del sol Hs seguacuten las
ecuaciones (57) y (58) El meacutetodo indica que la radiacioacuten directa ID aumenta con la
altitud sobre el nivel del mar entre un 7 y 13 a 1000 m y entre 13 y 22 a 2000 m
daacutendose el mayor incremento en verano
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
128
( )3140sinsin1280 +asymp ssD HHI (57)
( )( ) 21sin470570 sDd HII minus= (58)
Los valores para el albedo del suelo F son de 005 para agua 01 para bosques 015
para zonas urbanas 02 para tierra hierba y cultivos 03 para arena entre 04 y 06
para hielo y entre 06 y 08 para nieve
El aacutengulo entre los rayos de sol y el conductor η es funcioacuten de la posicioacuten del sol en el
cielo representada mediante la altura Hs y el azimut solar γs y de la direccioacuten del
conductor representada mediante el azimut del conductor γc (59)
( )[ ]cssH γγη minus= coscosarccos (59)
La posicioacuten del sol en el cielo es funcioacuten de la latitud de la ubicacioacuten del conductor φ el
aacutengulo de la hora solar Z (cero al mediodiacutea aumentando 15ordm cada hora) y la declinacioacuten
de la Tierra δs la cuaacutel depende del diacutea del antildeo a considerar N (510-512)
[ ]ZH sss coscoscossinsinarcsin δϕδϕ += (510)
[ ]sss HZ cossincosarcsin δγ = (511)
( )[ ]365284ordm360sin423 Ns +asympδ (512)
5242 Meacutetodo IEEE
El meacutetodo IEEE determina el valor de la radiacioacuten solar que incide sobre el conductor S
seguacuten la ecuacioacuten (513) donde Is es la suma de la radiacioacuten directa y difusa a nivel del
mar Ks el factor de correccioacuten de la altitud sobre el nivel del mar y η es el aacutengulo entre
los rayos de sol y el conductor Este meacutetodo no considera la reflectancia o albedo del
suelo
ηsinss IKS = (513)
La radiacioacuten Is se obtiene en funcioacuten de la altitud del sol Hs seguacuten la ecuacioacuten (514) El
meacutetodo presenta dos conjuntos de coeficientes (A B C etc) uno para atmoacutesfera clara
y otro para atmoacutesfera industrial
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
129
65432sssssss GHFHEHDHCHBHAI ++++++= (514)
El factor de correccioacuten de la altitud sobre el nivel del mar Ks se obtiene en funcioacuten de la
altitud sobre el nivel del mar He seguacuten la ecuacioacuten (515)
284 1010811014811 ees HHK minusminus sdotminussdot+= (515)
El aacutengulo entre los rayos de sol y el conductor η se calcula de forma similar al meacutetodo
CIGRE mediante la ecuacioacuten (59)
525 Enfriamiento por efecto del viento
El enfriamiento por efecto del viento depende fundamentalmente de la velocidad del
viento V del aacutengulo entre el viento y el conductor δ de la temperatura del conductor θ
de la temperatura ambiente θa y del diaacutemetro del conductor D La forma de caacutelculo
difiere bastante entre el meacutetodo CIGRE y el IEEE como se observa a continuacioacuten
5251 Meacutetodo CIGRE
Se define la temperatura pelicular (film temperature) θf como la media entre la
temperatura de la superficie del conductor y la temperatura ambiente
( ) 2af θθθ += (516)
El enfriamiento por conveccioacuten se obtiene a partir de la ecuacioacuten (517) donde λf es la
conductividad teacutermica del aire y Nu el nuacutemero de Nusselt La conductividad teacutermica del
aire λf se obtiene en funcioacuten de la temperatura pelicular θf a seguacuten la ecuacioacuten (518)
El nuacutemero de Nusselt depende fundamentalmente de la velocidad y de la direccioacuten del
viento como se veraacute a continuacioacuten
( )NuP afc θθπλ minus= (517)
ff θλ 52 102710422 minusminus sdot+sdot= (518)
Para poder calcular el nuacutemero de Nusselt Nu a partir de la velocidad del viento se
calcula el nuacutemero de Reynolds Re seguacuten la ecuacioacuten (519) donde ρr es la densidad
relativa del aire y νf la viscosidad cinemaacutetica del aire Estos dos paraacutemetros se obtienen
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
130
en funcioacuten de la altitud sobre el nivel del mar He y la temperatura pelicular θf
respectivamente
frVDRe νρ= (519)
eHr e
410161 minussdotminus=ρ (520)
ff θν 85 105910321 minusminus sdot+sdot= (521)
El siguiente paso es el caacutelculo del nuacutemero de Nusselt Nu90 a partir del nuacutemero de
Reynolds Re seguacuten la ecuacioacuten (522) El valor de los coeficientes B1 y n se obtienen a
partir de una tabla en funcioacuten del valor del nuacutemero de Reynolds y un coeficiente de
rugosidad de la superficie del conductor que se calcula en funcioacuten del diaacutemetro del
conductor y el diaacutemetro de los alambres exteriores del mismo
( )nReBNu 190 = (522)
El nuacutemero de Nusselt se corrige para tener en cuenta el efecto del aacutengulo entre el
viento y el conductor δ a partir de la ecuacioacuten (523) El valor de los coeficientes A1 B2
y m1 se obtienen a partir de una tabla en funcioacuten del valor del aacutengulo δ
( )[ ]1sin2190mBANuNu δδ += (523)
Para bajas velocidades de viento por debajo de 05 ms el aacutengulo del viento no estaacute
definido claramente por lo que se calcula el nuacutemero de Nusselt de tres formas
diferentes y se elige el de mayor valor
bull Se calcula el nuacutemero de Nusselt a partir de la ecuacioacuten (523) considerando un
aacutengulo δ de 45 ordm
bull Se considera que la velocidad del viento es nula y hay conveccioacuten natural
bull Se calcula el nuacutemero de Nusselt mediante la ecuacioacuten (524) especiacutefica para
bajas velocidades de viento
90550 NuNucor = (524)
En caso de ausencia de viento existe una conveccioacuten natural cuyo efecto de
enfriamiento se calcula tambieacuten mediante la ecuacioacuten (517) pero calculaacutendose el
nuacutemero de Nusselt de forma especiacutefica mediante la ecuacioacuten (525) Gr y Pr son los
nuacutemeros de Grashof y Prandtl respectivamente Los paraacutemetros A2 y m2 se obtienen a
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
131
partir de una tabla en funcioacuten del valor del producto GrPr El nuacutemero de Prandtl se
calcula en funcioacuten de la temperatura pelicular θf (526) El nuacutemero de Grashof viene
dado por la ecuacioacuten (527) donde g es la gravedad
( ) 22
mPrGrANu sdot= (525)
fPr θ410527150 minussdotminus= (526)
( ) ( ) 23 273 ffa gDGr νθθθ +minus= (527)
5252 Meacutetodo IEEE
En el meacutetodo IEEE se definen dos expresiones para el caacutelculo del enfriamiento debido
al viento uno para velocidades bajas (528) y otro para velocidades altas (529) En la
praacutectica se realiza el caacutelculo con las dos expresiones y se escoge el de mayor valor
( )aangleff
fc K
VDP θθλ
microρ
minus
+=
520
1 03720011 (528)
( )
minus
= aanglef
f
fc K
VDP θθλ
microρ
60
2 01190 (529)
En las ecuaciones anteriores ρf es la densidad del aire (530) microf la viscosidad
dinaacutemica del aire (531) λf la conductividad teacutermica del aire a la temperatura θf (532) y
Kangle un factor funcioacuten del aacutengulo entre el viento y el conductor δ (533)
( ) ( )feef HH θρ 00367011037961052512931 294 +sdot+sdotminus= minusminus (530)
( ) ( )4383273104581 516 ++sdot= minusfff θθmicro (531)
2952 104074104777104242 fff θθλ minusminusminus sdotminussdot+sdot= (532)
( ) ( )δδδ 2sin36802cos1940cos1941 ++minus=angleK (533)
En el caso de velocidades de viento bajas se evaluacutea tanto la conveccioacuten forzada por el
viento como la conveccioacuten natural y se elige la de mayor valor La conveccioacuten natural
viene dada por la ecuacioacuten (534)
( ) 2517505002050 afcn DP θθρ minus= (534)
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
132
526 Enfriamiento por radiacioacuten
El enfriamiento por radiacioacuten es un valor pequentildeo comparado con el enfriamiento por el
efecto del viento Esto reduce el grado de exactitud exigido en su evaluacioacuten Las
expresiones de caacutelculo del meacutetodo CIGREacute y el meacutetodo IEEE son similares y sencillas
El enfriamiento depende del diaacutemetro del conductor D la emisividad de la superficie del
conductor ε la temperatura de la superficie del conductor θ y la temperatura ambiente
θa
La expresioacuten propuesta por CIGRE viene dada por la ecuacioacuten (535) donde σB es la
constante de Stefan-Boltzmann
( ) ( )[ ]44 273273 +minus+= aBr DP θθεσπ (535)
La expresioacuten propuesta por IEEE viene dada por la ecuacioacuten (536)
+
minus
+
=44
100273
10027301780 a
r DP θθε (536)
La emisividad de la superficie del conductor ε puede variar desde 023 para
conductores nuevos hasta 095 para conductores viejos en entornos industriales Su
valor aumenta con el tiempo y la velocidad de cambio depende de la polucioacuten
atmosfeacuterica y la tensioacuten eleacutectrica del conductor En el meacutetodo CIGRE recomiendan
utilizar un valor de 05 para el caacutelculo Como se ha comentado previamente en el
meacutetodo IEEE indican que generalmente el valor de la absortividad α es mayor que el
de la emisividad ε y dicen que en caso de que se desconozca su valor lo habitual es
utilizar un valor de 05 para ambos paraacutemetros o un valor de 09 para la absortividad y
un valor de 07 para la emisividad
527 Incertidumbre asociada al caacutelculo teacutermico
Los resultados obtenidos mediante los meacutetodos CIGREacute e IEEE son similares entre
ellos y las diferencias son despreciables en comparacioacuten con el efecto de la
incertidumbre en las variables de entrada del caacutelculo [CIG299] Los valores de la
temperatura ambiente de la radiacioacuten solar y especialmente de la velocidad y direccioacuten
del viento afectan notablemente a los resultados La variacioacuten con el tiempo en los
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
133
valores de absortividad y emisividad de la superficie del conductor tambieacuten afecta a los
resultados
53 Peacuterdidas por efecto pelicular y peacuterdidas magneacuteticas
Como se ha visto ni el meacutetodo CIGRE ni el meacutetodo IEEE ofrecen una formulacioacuten
satisfactoria para determinar las peacuterdidas por efecto pelicular y por peacuterdidas
magneacuteticas Por ello estos fenoacutemenos han sido analizados con mayor detalle
531 Peacuterdidas por efecto pelicular
El efecto pelicular se analiza en [HOW85] En este artiacuteculo se indica que un conductor
formado por alambres helicoidales se puede aproximar a un tubo con diaacutemetro exterior
igual al del conductor y con diaacutemetro interior igual al diaacutemetro exterior del alma en
caso de conductores heterogeacuteneos con alma de acero Asimismo hace referencia a
[LEW59] donde se realizan caacutelculos del efecto skin y se comparan con valores
medidos
En [LEW59] se describe la forma de calcular el aumento de resistencia debido al
efecto skin Se trata de suponer que la corriente circula por un tubo de diaacutemetro
exterior d y grosor t El aumento de resistencia debido al efecto skin se calcula a partir
de una familia de curvas en funcioacuten de la frecuencia y la resistencia Rdc (Fig 51) Cada
curva corresponde a un determinado ratio de grosor t y diaacutemetro d
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
134
Fig 51 Cuantificacioacuten del efecto pelicular o skin [LEW59]
Por otra parte el estaacutendar japones [JCS147A] propone unas foacutermulas para el caacutelculo
del efecto skin (537-538) Tiene la ventaja de que es maacutes sencilla la implementacioacuten
mediante un programa informaacutetico Los resultados son similares a los dados por las
curvas de la Figura 51
32 020735003026300185780996090 XXXRR
dc
ac sdot+sdotminussdot+= (537)
( )( ) dci
i
i
i
RDDDDf
DDDD
X+
minus+
+=
π82010 (538)
D Diaacutemetro exterior del conductor (cm)
Di Diaacutemetro exterior del alma (cm)
Rdc Resistencia DC (Ωkm)
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
135
532 Peacuterdidas magneacuteticas
En [HOW85] se destaca que en el caso de conductores ACSR de 1 o 3 capas de
aluminio se deben tener en cuenta fundamentalmente las peacuterdidas en el nuacutecleo
magneacutetico El artiacuteculo indica que las mayores peacuterdidas se producen en los ACSR de
una capa de aluminio Las peacuterdidas debidas al nuacutecleo magneacutetico pueden ser mayores
en un 10 En los conductores con nuacutemero par de capas de aluminio los efectos se
cancelan entre las capas y el efecto es despreciable En el caso de 3 capas de
aluminio la cancelacioacuten es incompleta y tienen un aumento de resistencia entre el 1
y 6 En el caso de los ACSR con una uacutenica capa de aluminio indica que los mejores
resultados obtenidos mediante caacutelculo son los presentados en [LEW59]
Cuando circula corriente por los hilos de aluminio debido a su configuracioacuten helicoidal
se produce un flujo magneacutetico longitudinal Este flujo produce una caiacuteda de tensioacuten
circunferencial que lleva a crear una corriente en el aluminio que provoca una
magnetizacioacuten que se opone al flujo longitudinal y que intenta corregir la direccioacuten
helicoidal de la corriente a una direccioacuten longitudinal Sin embargo esta correccioacuten en
los conductores de una capa de aluminio es pequentildea debido a que la superficie de
contacto entre los hilos es pequentildea y limita la corriente de fuga entre hilos Esto hace
que la mayor parte de la corriente tenga direccioacuten helicoidal y se mantenga el flujo
magneacutetico inicial y por lo tanto las peacuterdidas magneacuteticas La resistencia de contacto
depende de la tensioacuten mecaacutenica del conductor y el estado de la superficie de los hilos
por lo que la corriente de fuga y por tanto las peacuterdidas magneacuteticas puede variar durante
la vida del conductor
En [LEW59] se propone un meacutetodo de caacutelculo del aumento de resistencia debido a las
peacuterdidas en el nuacutecleo magneacutetico En el caso de que el nuacutecleo esteacute formado por varios
hilos de acero el anaacutelisis es complejo debido a que las corrientes de Eddy tienden a
circular circunferencialmente en el nuacutecleo a traveacutes de corrientes de fuga entre los hilos
de acero No obstante debido a que se supone que la resistencia de contacto tiene un
valor alto en [LEW59] suponen que no hay corriente de fuga entre hilos de acero de
forma que las corrientes de Eddy quedan contenidas dentro de cada hilo Asiacute el
meacutetodo calcula el aumento de resistencia debida a cada hilo de acero y en funcioacuten del
nuacutemero de hilos de acero calcula el aumento total
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
136
El aumento de la resistencia depende del valor del campo magneacutetico La intensidad de
campo magneacutetico H depende de tres paraacutemetros (539)
bull La corriente I que circula por el conductor
bull La proporcioacuten cs de esa corriente que circula en direccioacuten helicoidal
bull El paso de la heacutelice s
sIc
H s= (539)
El valor de la proporcioacuten cs depende por una parte del nuacutemero de hilos de acero del
nuacutecleo y por otra del valor de la corriente Se supone que cuantos maacutes hilos y por lo
tanto cuanto mayor sea el nuacutecleo y cuanto mayor sea la corriente la reduccioacuten en la
corriente de direccioacuten helicoidal es mayor (Fig 52)
Fig 52 Valores de cs en funcioacuten de I y s [LEW59]
Como se ha comentado previamente el meacutetodo calcula el aumento de resistencia
debido a cada hilo de acero Este valor va a depender del tamantildeo de dicho hilo Asiacute
para cada tamantildeo de hilo se definen unas curvas que determinan el aumento de
resistencia en funcioacuten de la temperatura del conductor y la intensidad de campo
magneacutetico H (Fig 53) La obtencioacuten de estas curvas se describe en [MAT59]
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
137
Fig 53 Aumento de la resistencia debido a las peacuterdidas en un alambre de acero [MAT59]
Asiacute se obtienen curvas de la resistencia del conductor en funcioacuten de la temperatura y
de la corriente I En la Figura 54 se observan estas curvas para el ACSR Penguin
construido con un hilo de acero y 6 de aluminio Los autores afirman que esta deberiacutea
ser la forma en que los fabricantes de conductores deberiacutean proporcionar la resistencia
de este tipo de conductores incluyendo la influencia de la corriente
Fig 54 Resistencia del conductor ACSR Penguin [LEW59]
Los autores han validado el meacutetodo realizando el caacutelculo para varios tipos de
conductores y comparando los resultados con medidas experimentales
Seguacuten el anaacutelisis realizado en [JEN62] en el caso de que los hilos de acero sean
recubiertos de aluminio el aumento de resistencia es menor La resistencia es entre un
4 y 10 menor que en un conductor anaacutelogo con hilos de acero galvanizado En la
Capiacutetulo 5 Estado del arte del caacutelculo teacutermico de conductores aeacutereos
138
Figura 55 se observa la diferencia para un ACSR Penguin y su equivalente con hilos
recubiertos de aluminio
Fig 55 Resistencia de ACSR Penguin con alambres de acero recubiertos de aluminio [JEN62]
Posteriormente otros estudios [MOR97] [BAR86] introducen otro aspecto que afecta a
las peacuterdidas en conductores con tres capas de aluminio Se trata de la redistribucioacuten de
la intensidad de corriente en el aluminio debido al efecto transformador del nuacutecleo
ferromagneacutetico La densidad de corriente es mayor en la capa intermedia de aluminio
En el estudio presentado en [MOR97] han comprobado que el valor de la densidad de
corriente en la capa intermedia de aluminio es un 30 mayor que en la capa interna o
externa Ademaacutes en ambos estudios se presentan modelos electromagneacuteticos de los
conductores que permiten modelizar los diversos efectos que afectan a la resistencia
del conductor
54 Conclusiones
En el presente capiacutetulo se han descrito los meacutetodos de caacutelculo teacutermico de conductores
maacutes importantes Estos meacutetodos sido desarrollados por CIGRE y por IEEE Ademaacutes
se han analizado en detalle el caacutelculo de las peacuterdidas por efecto pelicular y por
peacuterdidas magneacuteticas
En el siguiente capiacutetulo el Capiacutetulo 6 se analizaraacuten los inconvenientes asociados a los
meacutetodos descritos con respecto a su aplicacioacuten a los conductores de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea Asiacute se determinaraacuten las debilidades de estos meacutetodos con
objeto de proponer un meacutetodo adecuado para los mismos
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
139
CAPIacuteTULO 6 INCONVENIENTES DE LAS METODOLOGIacuteAS DE CAacuteLCULO EXISTENTES EN SU APLICACIOacuteN A CONDUCTORES DE ALTAS PRESTACIONES TEacuteRMICAS Y FLECHA PEQUENtildeA
61 Introduccioacuten
En los capiacutetulos precedentes se han descrito los conductores de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea y los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico y teacutermico de conductores
de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas En este capiacutetulo se van a analizar dichos meacutetodos
considerando su aplicacioacuten a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha
pequentildea y se va a poner de manifiesto la necesidad de una metodologiacutea que realice
dicho caacutelculo cuantificando la repotenciacioacuten obtenida de la forma maacutes correcta
posible en funcioacuten de las peculiaridades de cada tipo de conductor descritas
62 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo mecaacutenico
621 Caacutelculo mecaacutenico aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
Los meacutetodos de caacutelculo descritos en el Capiacutetulo 4 han sido utilizados generalmente
para conductores de aleacioacuten de aluminio o conductores ACSR Los conductores de
altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea tienen caracteriacutesticas especiales que en
algunos casos complican el caacutelculo mecaacutenico del conductor
6211 Aflojamiento del aluminio
Los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea se basan en que el
aluminio queda flojo por encima de determinada temperatura por lo que es necesario
modelizar la transicioacuten en el comportamiento del aluminio
6212 Fluencia metaluacutergica a alta temperatura
Independientemente de las peculiaridades de los diferentes tipos de conductores de
altas prestaciones teacutermicas hay una caracteriacutestica que es comuacuten a ellas y es la
capacidad de trabajar a valores altos de temperatura Los valores de temperatura que
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
140
alcancen y el tiempo en cada temperatura dependeraacute de la explotacioacuten de la liacutenea De
todas formas es de esperar que trabajen a valores altos de temperatura un tiempo
considerablemente superior a los conductores convencionales que solo alcanzan altas
temperaturas en situacioacuten de emergencia La deformacioacuten debida a la fluencia aumenta
con la temperatura por lo que es de esperar que con un funcionamiento a
temperaturas mayores la fluencia en los conductores de altas prestaciones teacutermicas
sea mayor que en otro tipo de conductores que trabajan a temperaturas menores
Seguacuten las expresiones de caacutelculo de fluencia dadas en [BAR83] en la Tabla 61 se
puede ver el incremento de la deformacioacuten de fluencia respecto a la fluencia que se
produce a 20 ordmC Se observa que el efecto es mayor en el aluminio Sin embargo tanto
en el aluminio como en el acero la influencia de la temperatura es considerable Por
ejemplo a 100 ordmC la fluencia en el aluminio es 11 veces mayor que a temperatura
ambiente y en el acero 5 veces mayor
Tabla 61 Deformacioacuten por fluencia metaluacutergica en funcioacuten de la temperatura
θ (ordmC) Relacioacuten fluencia aluminio respecto a 20 ordmC ()
( )( )Cfm
fm
ordm20εθε
Relacioacuten fluencia acero respecto a 20 ordmC ()
( )( )Cfm
fm
ordm20εθε
50 25 18
75 52 3
100 11 5
125 233 82
150 494 135
En una instalacioacuten real al subir la temperatura disminuye la traccioacuten por lo que el
aumento de fluencia asociado a la temperatura se reduce por la reduccioacuten de la
fluencia debida a la disminucioacuten de la traccioacuten
6213 Fluencia metaluacutergica del aluminio y el nuacutecleo
Hay varios factores que hacen que el efecto de la fluencia del aluminio en los
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea no tenga tanta
trascendencia Por una parte a valores altos de temperatura la traccioacuten del aluminio es
nula o tiene un valor pequentildeo por lo que se mitiga el valor de la deformacioacuten por
fluencia en el aluminio a altas temperaturas
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
141
El efecto de la fluencia del aluminio es reducir la temperatura de transicioacuten y aumentar
la flecha a temperaturas menores a la temperatura de transicioacuten inicial La flecha no se
ve modificada por encima de la temperatura de transicioacuten inicial Por ello si el liacutemite de
flecha estaacute asociado a la condicioacuten de alta temperatura la fluencia en el aluminio no
influye
Generalmente el liacutemite de flecha estaacute asociado a la condicioacuten de alta temperatura Sin
embargo es posible que la flecha asociada a determinadas condiciones de sobrecarga
de viento o hielo den lugar a flechas mayores Por ello la normativa espantildeola [RAT08]
especifica tres condiciones asociadas al liacutemite de flecha Una es la condicioacuten de alta
temperatura otra es la condicioacuten de viento a 15 ordmC y la tercera es la condicioacuten de hielo
a 0 ordmC En el caso de las condiciones de sobrecarga como la temperatura es menor
que la temperatura de transicioacuten inicial la fluencia del aluminio hace que aumente la
flecha
La fluencia del nuacutecleo produce un aumento de flecha a cualquier temperatura Asiacute en
el caso de que el liacutemite de flecha esteacute asociado a la condicioacuten de alta temperatura la
fluencia del nuacutecleo hace que se reduzca la temperatura a la que se alcanza la flecha
liacutemite
6214 Aluminio recocido
Otra caracteriacutestica a considerar es el tipo de aluminio Las aleaciones de altas
prestaciones teacutermicas como el TAl o ZTAl son mecaacutenicamente similares al aluminio
duro convencional Sin embargo el aluminio recocido es maacutes blando y sufre una
deformacioacuten plaacutestica permanente al superarse el liacutemite elaacutestico el cual tiene un valor
pequentildeo Por ello la deformacioacuten permanente del aluminio maacutes que depender de la
fluencia a largo plazo depende de la deformacioacuten plaacutestica asociada a condiciones de
traccioacuten maacutexima
6215 Coeficiente de expansioacuten teacutermica variable
Los conductores con nuacutecleo de invar experimentan una variacioacuten brusca del coeficiente
de expansioacuten del nuacutecleo a una determinada temperatura
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
142
6216 Deslizamiento relativo entre nuacutecleo y aluminio en conductores tipo gap
Una caracteriacutestica importante a tener en cuenta para el caacutelculo mecaacutenico es si el
conductor es de tipo gap o no En el caso de los conductores tipo gap existe un
deslizamiento relativo entre el nuacutecleo y el aluminio que se debe considerar a la hora de
realizar el caacutelculo El objetivo del hueco o gap es facilitar que el aluminio quede
relajado durante la instalacioacuten del conductor con objeto de reducir la temperatura de
transicioacuten A partir de la instalacioacuten de la segunda grapa de compresioacuten no hay
diferencia entre el comportamiento de los conductores ACSR y los tipo gap El
conductor tipo gap tiene limitado el movimiento axial en sus dos extremos y no es
posible el deslizamiento relativo entre el acero y el aluminio Por lo tanto no hay
diferencia entre un tipo y otro de conductor
En los conductores tipo gap las deformaciones totales del nuacutecleo y del aluminio son
diferentes En un conductor tipo gap aunque una vez instalado el acero y el aluminio
tengan la misma longitud los valores totales de deformacioacuten de cada uno son
diferentes Esto ocurre solamente en el caso de los conductores tipo gap Cuando se
instala un conductor tipo gap tanto el acero como el aluminio tienen la misma longitud
pero solo el acero tiene traccioacuten Por lo tanto sin traccioacuten la longitud del acero es
menor que la del aluminio La diferencia de longitudes depende de la longitud del vano
y de la traccioacuten del acero en la instalacioacuten
6217 Fluencia durante la instalacioacuten
La fluencia durante la instalacioacuten influye en la fluencia final ya que cuanto mayor sea la
fluencia desarrollada antes del engrapamiento menor seraacute la fluencia desarrollada
desde el engrapamiento hasta el final de la vida del conductor En el caso de los
conductores tipo gap y los ACSS esto tiene especial importancia debido a las
caracteriacutesticas especiales de la instalacioacuten
La instalacioacuten de un conductor tipo gap es maacutes compleja que la de los conductores
convencionales Tiene varias etapas en las que tanto el aluminio como el acero son
sometidos a mayores tracciones y durante maacutes tiempo que en una instalacioacuten
convencional Por ello la fluencia asociada a la instalacioacuten es mayor Uno de los
pasos durante varios minutos alrededor del 70 de la traccioacuten de instalacioacuten es
aplicada al aluminio En otro paso la traccioacuten de instalacioacuten es aplicada al acero
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
143
durante varias horas (hasta 24 horas) Una correcta evaluacioacuten de la fluencia durante la
instalacioacuten es deseable debido a que la fluencia desarrollada durante la misma reduce
el valor de la fluencia final La fluencia se desarrolla de forma maacutes raacutepida al principio y
se va decelerando con el tiempo y por ello se dice que la fluencia desarrollada durante
la instalacioacuten es eliminada de la fluencia final
Como se ha visto en el caso de los conductores ACSS es posible realizar un
pretensado antes de engraparlo Se somete a una alta traccioacuten el 50 de la carga de
rotura durante 10 minutos con objeto de producir una considerable deformacioacuten
plaacutestica
6218 Tabla de tracciones de tendido
El tense de instalacioacuten es el valor que interesa desde un punto de vista praacutectico El
caacutelculo mecaacutenico proporciona dicho valor maximizaacutendolo en funcioacuten de las
restricciones de traccioacuten impuestas Junto con el tense se da el valor de temperatura
de conductor asociado pues el valor de la traccioacuten variacutea en funcioacuten de dicha
temperatura Como antes de realizar la instalacioacuten no se sabe queacute temperatura va a
tener el conductor pues depende de la climatologiacutea en el momento de la instalacioacuten se
realiza una tabla que determina el tense para una serie de temperaturas Es lo que se
denomina tabla de tendido Por lo tanto el conductor queda instalado al tense previsto
independientemente de la temperatura del diacutea de instalacioacuten A cierta temperatura
como por ejemplo 15 ordmC el tense del nuacutecleo y aluminio seraacute el mismo
independientemente de si la temperatura de instalacioacuten ha sido 10 ordmC o 20 ordmC
A la hora de realizar el caacutelculo generalmente basta con calcular un uacutenico tense de
instalacioacuten a una cierta temperatura a partir de las restricciones de traccioacuten impuestas
El tense para el resto de temperaturas se calcula a partir de este valor de referencia
mediante un cambio de condiciones en el que solamente variacutea la temperatura Esto es
vaacutelido porque las caracteriacutesticas del conductor (moacutedulo elaacutestico y coeficiente de
expansioacuten teacutermica) no variacutean en todo el rango de temperaturas de la tabla de tendido
Sin embargo en el caso de los conductores tipo gap la temperatura en el momento de
la instalacioacuten influye en el comportamiento del conductor No seraacute lo mismo realizar la
instalacioacuten a 10 ordmC que a 20 ordmC La clave es que el aluminio se deja flojo durante la
instalacioacuten Por ello por debajo de la temperatura de instalacioacuten el aluminio empezaraacute
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
144
a tener traccioacuten pero por encima no Las caracteriacutesticas del conductor (moacutedulo elaacutestico
y coeficiente de expansioacuten teacutermica) variacutean en funcioacuten de la temperatura
Por ello en el caso de los conductores tipo gap no basta con calcular un uacutenico tense
de instalacioacuten a una cierta temperatura a partir de las restricciones de traccioacuten
impuestas sino que el caacutelculo se debe realizar para cada temperatura de la tabla de
tendido
6219 Compresioacuten del aluminio en la transicioacuten
Como los conductores de baja flecha experimentan la transicioacuten en la que el aluminio
se queda flojo es posible que el aluminio experimente compresioacuten durante este
proceso Es una cuestioacuten que habraacute que tener en cuenta y ser analizada en cada caso
622 Meacutetodo graacutefico ALCOA
En este apartado se va a analizar la influencia de los aspectos mencionados en el
caacutelculo mecaacutenico de los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
seguacuten el meacutetodo graacutefico ALCOA Este caacutelculo estaacute disponible mediante el software
PLSCADD y SAG10 pues incluyen estos conductores en su base de datos y disponen
de mecanismos de caacutelculo especiacuteficos en el caso de los conductores tipo gap y los
conductores con aluminio recocido
6221 Aflojamiento del aluminio
Este meacutetodo modeliza el aflojamiento del aluminio pues realiza un anaacutelisis
independiente de nuacutecleo y aluminio
6222 Fluencia metaluacutergica a alta temperatura
El meacutetodo graacutefico ALCOA determina la fluencia a alta temperatura mediante una formulacioacuten dada en [HAR69 70 72] y que es la adoptada en el IEEE Standard 1283 (61) La fluencia obtenida se compara con la fluencia a temperatura ambiente y
se escoge la de mayor valor
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
145
microφα
θσ
σε tKult
fm sdotsdot
sdotsdot=
100 (61)
Los valores de los coeficientes se definen en funcioacuten de la relacioacuten entre aacuterea de
aluminio y acero y el proceso de fabricacioacuten de los alambres (hot rolled o Properzi-
continuous cast) Si el conductor tiene mucho acero (aacuterea de aluminio no es 13 veces
mayor que aacuterea de acero es el caso mayoritario) se desprecia la fluencia a alta
temperatura debido a la escasa fluencia experimentada por el aluminio En la
formulacioacuten dada en [HAR69 70 72] la fluencia para conductores con mucho acero no
depende de la temperatura Solo se considera la influencia de la temperatura si el
conductor tiene poco acero (aacuterea de aluminio es al menos 13 veces mayor que aacuterea de
acero es la minoriacutea ejemplo ACSR Rail) En este caso el valor de los coeficientes se
muestra en la tabla 62 En [IEEE 1283] estos son los coeficientes que utilizan para
evaluar la fluencia a alta temperatura
Tabla 62 Coeficientes para evaluar la fluencia a alta temperatura
K α Φ micro
Hot rolled 024
Properzi 024
1 1 016
El meacutetodo utilizado se basa en una expresioacuten para calcular la fluencia Dicha expresioacuten
determina la fluencia total del conductor sin determinar la fluencia correspondiente al
nuacutecleo y al aluminio Es una expresioacuten comuacuten para todos los conductores sin diferenciar estos en funcioacuten de la relacioacuten de aacutereas entre nuacutecleo y aluminio
Parece razonable pensar que si para temperatura ambiente existen curvas diferentes
para el nuacutecleo y el aluminio y estas curvas se obtienen experimentalmente para cada
tipo de conductor a altas temperaturas el procedimiento deberiacutea ser similar Por tanto
la formulacioacuten empleada es una aproximacioacuten debido a la ausencia de ensayos de
fluencia a alta temperatura para un determinado tipo de conductor
6223 Fluencia metaluacutergica del aluminio y el nuacutecleo
El meacutetodo ALCOA considera de forma independiente la fluencia del aluminio y el nuacutecleo mediante las correspondientes curvas de esfuerzo-deformacioacuten de fluencia No
obstante a la hora de dar los valores de dichas curvas varios fabricantes desprecian la fluencia en alguacuten caso
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
146
Asiacute los conductores ACSS desprecian tanto la fluencia en el aluminio como en el acero Por una parte como el aluminio es recocido el esfuerzo en el aluminio es
pequentildeo debido a su deformacioacuten plaacutestica Por ello el fabricante considera que debido
a un valor bajo del esfuerzo la fluencia metaluacutergica en el aluminio es despreciable Sin
embargo no son de la misma opinioacuten los fabricantes del conductor ACCCTW que a
pesar de tener tambieacuten aluminio recocido incluyen la fluencia metaluacutergica de dicho
aluminio en las curvas Por otra parte consideran que la fluencia del nuacutecleo al ser
pequentildea es despreciable Sin embargo tanto los conductores ACSR como los
conductores tipo gap incluyen la fluencia del nuacutecleo de acero
Los conductores de nuacutecleo de composite no consideran fluencia del nuacutecleo
Parece razonable debido a que en los ensayos de fluencia la fluencia del nuacutecleo maacutes
que ser pequentildea resulta inapreciable
Los conductores tipo gap de J-Power Systems no consideran la fluencia del aluminio Consideran que como el aluminio estaacute flojo a temperatura ambiente y como
el meacutetodo evaluacutea la fluencia a temperatura ambiente el aluminio no experimenta
fluencia Aquiacute se observa el error de simplificar el caacutelculo de la fluencia suponiendo una
temperatura media constante Si bien es cierto que el aluminio estaraacute mucho tiempo
flojo habraacute momentos en el que experimente carga y sufra deformacioacuten por fluencia
metaluacutergica
6224 Curvas de esfuerzo-deformacioacuten de conductores tipo gap de J-Power Systems
Debido a una mala interpretacioacuten de los ensayos de esfuerzo-deformacioacuten las curvas iniciales de esfuerzo-deformacioacuten de los conductores tipo gap no se corresponden con el comportamiento real
En el ensayo de esfuerzo-deformacioacuten cuando el conductor se somete a traccioacuten al
relajarse queda una deformacioacuten permanente como se observa en la Fig 61 a) Sin
embargo seguacuten las curvas dadas por J-Power Systems la deformacioacuten permanente es
negativa como se refleja en la Fig 61 b) Este resultado no tiene sentido fiacutesico por lo
que se ha consultado con el fabricante sobre este hecho El fabricante ha
proporcionado las curvas del ensayo del nuacutecleo y se ha descubierto que en lugar de
realizar el ajuste de las curvas sobre los puntos finales de los diversos ciclos de carga-
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
147
descarga se ha realizado el ajuste sobre el uacuteltimo ciclo de carga-descarga
correspondiente al 70 de la traccioacuten de rotura Se ha puesto en conocimiento del
fabricante la interpretacioacuten erroacutenea del ensayo pero el fabricante no ha contestado ni
ha modificado los valores de las curvas que proporciona para PLS-CADD
Fig 61 Carga y descarga mecaacutenica
6225 Aluminio recocido
La deformacioacuten inelaacutestica del aluminio recocido se ve reflejada en los ensayos de esfuerzo-deformacioacuten donde se suma a la deformacioacuten debida al asentamiento
geomeacutetrico y la fluencia metaluacutergica
6226 Coeficiente de expansioacuten teacutermica variable
Como se ha visto los conductores con nuacutecleo de invar experimentan una variacioacuten
brusca del coeficiente de expansioacuten del nuacutecleo a una determinada temperatura En el
caso del conductor ZTACIR con nuacutecleo de invar galvanizado el coeficiente de
expansioacuten es de 2810-6 ordmC-1 por debajo de 100 ordmC y de 3610-6 ordmC-1 por encima Como
el meacutetodo graacutefico ALCOA no permite modelizar el cambio del coeficiente la solucioacuten tomada ha sido la maacutes conservadora de forma que se toma como coeficiente de expansioacuten teacutermica el mayor valor Asiacute el valor que se utiliza para el
caacutelculo es de 3610-6 ordmC-1 valor constante para cualquier temperatura Obviamente
esta consideracioacuten introduce un error
6227 Deslizamiento relativo entre nuacutecleo y aluminio en conductores tipo gap
Cuando se comprime la segunda grapa de compresioacuten el acero soporta toda la
traccioacuten y el aluminio estaacute flojo Por lo tanto en las curvas de esfuerzo-deformacioacuten
σ
ε
σ
εa) b)
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
148
inicial el esfuerzo de instalacioacuten del conductor σinst coincide con la del acero y el
esfuerzo del aluminio es nulo Esto es posible solo en los conductores tipo gap debido
al deslizamiento relativo entre acero y aluminio antes de instalar la uacuteltima grapa de
compresioacuten Si se representa en el diagrama de esfuerzo-deformacioacuten la curva del
aluminio cortaraacute el eje de abscisas o deformacioacuten en el valor de deformacioacuten εinst
correspondiente al esfuerzo que tiene el acero (Fig 62) O sea la curva del aluminio
estaacute desplazada hacia la derecha un cierto valor que depende de la traccioacuten de
instalacioacuten del acero y de la deformacioacuten asociada Esta cantidad seraacute permanente
para el resto de los caacutelculos En realidad lo que ocurre es que la longitud del aluminio
es mayor que la del acero estando ambos en reposo La mayor longitud de referencia del aluminio se representa mediante una deformacioacuten permanente ficticia
Fig 62 Desplazamiento de la curva de esfuerzo-deformacioacuten del aluminio en los conductores tipo gap
6228 Fluencia durante la instalacioacuten
Seguacuten el meacutetodo graacutefico ALCOA la fluencia asociada a la instalacioacuten corresponde a la
dada por la curva inicial de esfuerzo-deformacioacuten en el punto correspondiente a la
condicioacuten de instalacioacuten Esto no se corresponde con el caso de los conductores tipo
gap ya que en estos conductores tanto el acero como el aluminio son sometidos a
tracciones mayores y durante maacutes tiempo que los dados por el meacutetodo graacutefico (Fig
63) Por una parte al estar el acero durante varias horas a traccioacuten la fluencia metaluacutergica durante la instalacioacuten es mayor que la correspondiente a una hora Por otra parte como en la instalacioacuten el aluminio ha estado a traccioacuten ha experimentado asentamiento geomeacutetrico de forma que por debajo del valor de
aceroaluminio
σ
ε
σinst
εinst
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
149
traccioacuten experimentado su comportamiento es lineal El meacutetodo graacutefico no puede resolver estas cuestiones debido a que su estructura de caacutelculo no lo permite
Fig 63 Curvas de esfuerzo-deformacioacuten y comportamiento real
El meacutetodo graacutefico tampoco es capaz de considerar el pretensado inicial Por lo
tanto no es posible modelizar el pretensado que se puede realizar en el caso de los
conductores ACSS antes de engraparlos Por ello se recurre a un artificio para poder
calcular esta situacioacuten Se modela el pretensado a traveacutes de una sobrecarga de viento
ficticia La condicioacuten de pretensado se introduce como una condicioacuten inicial maacutes pero
daacutendole categoriacutea de condicioacuten de traccioacuten maacutexima La traccioacuten de instalacioacuten
corresponde no a la condicioacuten inicial como es habitual cuando no hay pretensado sino
al resultado obtenido en la condicioacuten final pues la condicioacuten de maacutexima traccioacuten ya ha
sido experimentada por el conductor Se supone que si se realiza el pretensado el
conductor no va a experimentar ninguacuten tipo de fluencia una vez engrapado Este
proceso de caacutelculo se realiza para todas las temperaturas que se consideren en la
tabla de tendido
6229 Tabla de tendido
A la hora de realizar el caacutelculo el meacutetodo graacutefico ALCOA calcula un uacutenico tense de instalacioacuten a una cierta temperatura a partir de las restricciones de traccioacuten
impuestas El tense para el resto de temperaturas se calcula a partir de este valor de referencia mediante un cambio de condiciones en el que solamente variacutea la
temperatura
acero
σ
ε
σinst aluminio
εinst
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
150
Como se ha comentado previamente esta forma de caacutelculo no es vaacutelida para los conductores tipo gap El fabricante J-Powers es consciente de ello y por eso especifica que el caacutelculo se debe realizar individualmente para todas las temperaturas consideradas en la tabla de tendido
Fig 64 Nota informativa de J-Power Systems para PLS-CADD
62210 Compresioacuten del aluminio en la transicioacuten
El meacutetodo graacutefico permite la opcioacuten de considerar la compresioacuten del aluminio en la transicioacuten o no En caso de considerarlo permite especificar ademaacutes el valor de
compresioacuten maacutexima
Los fabricantes de los conductores ACCCTW conductores tipo gap y conductores con
nuacutecleo de invar recomiendan no considerar la compresioacuten del aluminio en la transicioacuten
El fabricante de los conductores ZTACCR recomienda considerar una compresioacuten de
86 MPa
623 Meacutetodo que considera al conductor en su conjunto y determina el valor de la fluencia por experiencia
6231 Aflojamiento del aluminio
Es un meacutetodo que considera al conductor en su conjunto y no realiza un anaacutelisis independiente de nuacutecleo y aluminio no es capaz de modelizar el aflojamiento del aluminio Asiacute por encima de la temperatura de transicioacuten el meacutetodo subestima la
traccioacuten del conductor y sobrestima el valor de la flecha Esto es debido a que realiza el
caacutelculo con los paraacutemetros del conductor completo en lugar de con los paraacutemetros del
nuacutecleo Por tanto no es vaacutelido para los conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
151
6232 Fluencia
Este meacutetodo tiene establecida una cierta deformacioacuten permanente que corresponde a la deformacioacuten por fluencia que va a experimentar el conductor a lo largo de su vida uacutetil
La fluencia experimentada por los conductores convencionales como el ACSR o los conductores de aleacioacuten de aluminio difiere de los conductores de altas prestaciones teacutermicas Por ejemplo la fluencia experimentada por el aluminio en el
caso de los conductores tipo gap o los conductores con aluminio recocido es pequentildea
debido a la pequentildea carga mecaacutenica que soporta el aluminio en estos conductores
Ademaacutes las condiciones de trabajo son diferentes ya que los conductores de altas
prestaciones teacutermicas previsiblemente trabajen a mayores temperaturas Por lo tanto
la aplicacioacuten de los valores de fluencia establecidos para los conductores
convencionales no es adecuada para los conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea Asiacute habriacutea que establecer unos valores de deformacioacuten por fluencia adecuados para los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea El meacutetodo no ofrece ninguna herramienta o meacutetodo para realizar el caacutelculo
de dicho valor
6233 Aluminio recocido
Aparte de reflejarlo en la fluencia establecida el meacutetodo no tiene forma de modelizar la deformacioacuten plaacutestica permanente al superarse el liacutemite elaacutestico
6234 Deslizamiento relativo entre nuacutecleo y aluminio en conductores tipo gap
Como el meacutetodo considera al conductor en su conjunto sin analizar independiente el
nuacutecleo y el aluminio el meacutetodo no puede considerar el deslizamiento relativo entre nuacutecleo y aluminio en los conductores tipo gap
6235 Fluencia durante la instalacioacuten
El meacutetodo no calcula la fluencia durante la instalacioacuten El meacutetodo solo considera la fluencia que se produce desde que se instala el conductor hasta el final de la vida de la liacutenea
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
152
63 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo teacutermico
631 Caacutelculo teacutermico aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
Asiacute como las caracteriacutesticas de los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha
pequentildea hacen que requieran ciertos aspectos del caacutelculo mecaacutenico diferenciados
respecto a los conductores convencionales en el caso del caacutelculo teacutermico no se puede
decir lo mismo Desde el punto de vista del caacutelculo teacutermico no existen diferencias entre
los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea y el resto de
conductores
Sin embargo existen varios inconvenientes asociados a los meacutetodos de caacutelculo
teacutermicos descritos Estos inconvenientes que afectan a todos los conductores afectan
tambieacuten a los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea En ambos
meacutetodos de caacutelculo meacutetodo CIGREacute e IEEE los inconvenientes estaacuten relacionados con
el caacutelculo de la resistencia eleacutectrica que representa las peacuterdidas por efecto Joule y las
peacuterdidas magneacuteticas
632 Meacutetodo CIGRE
El meacutetodo CIGREacute propone un meacutetodo de transformacioacuten de Rdc a Rac Es decir
conocido el valor de la resistencia en corriente continua Rdc del conductor se calcula el
valor de la resistencia en corriente alterna Rac mediante una ecuacioacuten que las
relaciona Esta ecuacioacuten tiene en cuenta el incremento de las peacuterdidas en corriente
alterna tanto por el efecto pelicular como por las peacuterdidas magneacuteticas
En principio esta forma de caacutelculo es muy coacutemoda debido a que es relativamente
sencillo calcular la resistencia en corriente continua Rdc del conductor Sin embargo
como se ha visto las ecuaciones que relacionan Rdc y Rac generalizan expresiones
empiacutericas obtenidas para unos conductores concretos Es posible que en alguacuten caso la
generalizacioacuten deacute un resultado correcto pero tambieacuten es posible que en alguacuten caso la
generalizacioacuten de lugar a un error considerable El propio meacutetodo indica que las
foacutermulas presentadas son solamente aproximadas
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
153
Por tanto el meacutetodo CIGRE se deberiacutea mejorar para ofrecer una alternativa a la
transformacioacuten de Rdc a Rac que resulte maacutes ajustada a las caracteriacutesticas especiacuteficas
de cada conductor
633 Meacutetodo IEEE
El meacutetodo IEEE hace referencia a una publicacioacuten de la Aluminum Association [ALU82]
donde se proporcionan valores de resistencias eleacutectricas de los conductores maacutes
comunes Se muestran las resistencias de corriente alterna a 60 Hz a dos temperaturas
diferentes (25 ordmC y 75 ordmC) de forma que la resistencia a cualquier otra temperatura se
calcula interpolando estos dos valores Algunos fabricantes norteamericanos de
conductores de altas prestaciones teacutermicas proporcionan estos valores ACSSTW
(General Cable) TACCR ACCCTW Otros fabricantes sin embargo no dan estos dos
valores ACSSTW (Southwire) ZTACIR GTACSR De todas formas estos valores
aparecen en los ficheros de datos de conductores del programa PLS-CADD En caso
de no disponer de los datos habriacutea que calcular la resistencia en corriente alterna a
25 ordmC y 75 ordmC del conductor pero este caacutelculo no se describe Por lo tanto un
inconveniente del meacutetodo IEEE es que no proporciona una forma de transformar la
resistencia en corriente continua Rdc a la resistencia en corriente alterna Rac
Ademaacutes aun en el caso de disponer de los valores de las resistencias estas no
incluyen las peacuterdidas magneacuteticas por lo que en el caso de conductores de nuacutemero de
capas impares de aluminio habriacutea que cuantificar las peacuterdidas magneacuteticas
Por uacuteltimo se debe tener en cuenta que la resistencia de corriente a 50 Hz es
ligeramente menor que a 60 Hz
64 Conclusiones
En este capiacutetulo se han analizado los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico y teacutermico de
conductores de liacuteneas aeacutereas considerando su aplicacioacuten a conductores de altas
prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
Se ha podido apreciar una serie de inconvenientes que imposibilitan o limitan su
extrapolacioacuten al caacutelculo de la repotenciacioacuten mediante el empleo de los conductores de
altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea analizado en el Capiacutetulo 3 Este hecho
Capiacutetulo 6 Inconvenientes de las metodologiacuteas de caacutelculo existentes en su aplicacioacuten a
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
154
pone de manifiesto la necesidad de desarrollar una metodologiacutea que realice el caacutelculo
de la repotenciacioacuten de manera correcta para este conjunto de conductores de altas
prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
155
CAPIacuteTULO 7 METODOLOGIacuteA PROPUESTA PARA CUANTIFICAR LA REPOTENCIACIOacuteN MEDIANTE LA SUSTITUCIOacuteN POR CONDUCTORES DE ALTAS PRESTACIONES TEacuteRMICAS Y FLECHA PEQUENtildeA
71 Introduccioacuten
En este capiacutetulo se va a describir una nueva metodologiacutea propuesta para cuantificar la
repotenciacioacuten de la liacutenea mediante la sustitucioacuten de los conductores tradicionales por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea En el capiacutetulo anterior se
han descrito los inconvenientes asociados al caacutelculo con este tipo de conductores La
metodologiacutea propuesta tiene como objetivo superar estos inconvenientes
72 Metodologiacutea propuesta para la cuantificacioacuten de la repotenciacioacuten
El objeto final de la metodologiacutea consiste en la determinacioacuten de la ampacidad o
aumento de ampacidad (repotenciacioacuten) al sustituir el conductor existente por otro La
ampacidad se determina mediante caacutelculo teacutermico en funcioacuten de la temperatura
maacutexima admisible del nuevo conductor La temperatura maacutexima admisible se
determina mediante caacutelculo mecaacutenico
721 Datos de partida
Tanto el resultado del caacutelculo mecaacutenico como el del caacutelculo teacutermico dependen de una
serie de datos de partida como son las condiciones de carga mecaacutenica maacutexima
asociadas a condiciones meteoroloacutegicas adversas seguacuten normativa y a vibracioacuten
eoacutelica la longitud del vano el liacutemite de flecha y las condiciones meteoroloacutegicas a
considerar para determinacioacuten de ampacidad
bull Condiciones de carga mecaacutenica maacutexima asociadas a condiciones
meteoroloacutegicas adversas seguacuten normativa
Las normativas de los diferentes paiacuteses establecen las condiciones meteoroloacutegicas que
hay que considerar para calcular la traccioacuten mecaacutenica en el conductor y el valor
maacuteximo admisible de dicha traccioacuten o carga mecaacutenica Ademaacutes de la carga mecaacutenica
maacutexima establecida por la normativa a la hora de repotenciar tambieacuten se debe tener
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
156
en cuenta la carga admisible por los apoyos existentes Asiacute el valor de la carga
mecaacutenica maacutexima seraacute el valor miacutenimo entre la carga maacutexima admisible por los apoyos
de la liacutenea en estudio y la carga maacutexima establecida por la normativa
La carga maacutexima admisible por los apoyos se obtiene a partir de las caracteriacutesticas de
disentildeo y del estudio de las condiciones reales de los apoyos En caso de no disponer
de estos datos un valor de referencia es la maacutexima carga que ejerce el conductor
sustituido en las condiciones meteoroloacutegicas adversas seguacuten normativa En principio
los apoyos son capaces de soportar dicha carga mecaacutenica como miacutenimo
bull Condiciones de carga mecaacutenica maacutexima asociadas a vibracioacuten eoacutelica
A partir del estudio de vibracioacuten eoacutelica realizado para cada conductor se determina la
carga mecaacutenica maacutexima asociada a unas determinadas condiciones meteoroloacutegicas A
falta de dicho estudio como las caracteriacutesticas ante vibraciones de los conductores de
altas prestaciones teacutermicas son tan buenas o mejores que los conductores ACSR un
valor de referencia es la limitacioacuten considerada para el conductor sustituido
bull Vano
Se debe definir la longitud del vano regulador que representa a los vanos en estudio
Asimismo se debe definir tambieacuten la flecha maacutexima que puede alcanzar el conductor
en dicho vano La flecha maacutexima debe ser como miacutenimo igual a la flecha que el
conductor sustituido alcanza a su temperatura maacutexima admisible A partir de un estudio
topograacutefico se puede determinar si la flecha maacutexima real puede ser mayor o no Por lo
tanto a falta de un estudio topograacutefico se toma como flecha maacutexima la asociada al
conductor sustituido
bull Condiciones meteoroloacutegicas a considerar para determinacioacuten de
ampacidad
La ampacidad depende de las condiciones climatoloacutegicas La eleccioacuten de valores
adecuados para las condiciones climatoloacutegicas que van a definir la ampacidad es uno
de los puntos clave a la hora evaluar la capacidad de transporte de una liacutenea y en este
caso la repotenciacioacuten obtenida De nada sirve disponer de meacutetodos de caacutelculo
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
157
mecaacutenico y caacutelculo teacutermico perfectos o con errores muy pequentildeos si luego los valores
de partida para realizar el caacutelculo teacutermico no son adecuados
En el capiacutetulo 2 se han descrito diversas opciones existentes relacionadas con la
eleccioacuten de los valores para las variables meteoroloacutegicas Evidentemente la mejor
opcioacuten es la monitorizacioacuten en tiempo real que se realiza no solo sobre las variables
meteoroloacutegicas sino tambieacuten sobre magnitudes maacutes directas como la temperatura
traccioacuten o flecha del vano Esta opcioacuten permite modificar el valor de la ampacidad en
tiempo real adaptaacutendose a la situacioacuten de la liacutenea En caso de no disponer de
monitorizacioacuten en tiempo real se deben elegir los valores de las variables
meteoroloacutegicas para que representen las condiciones adversas que previsiblemente se
pueden dar En este caso es positivo disponer de medidas meteoroloacutegicas realizadas
durante cierto tiempo en la zona donde esta situada la liacutenea pues mediante caacutelculo
probabiliacutestico se determina la ampacidad asociada a un riesgo determinado de que
ocurra una cierta situacioacuten no deseada Por uacuteltimo en caso de no disponer de medidas
meteoroloacutegicas realizadas durante cierto tiempo se fijan las variables meteoroloacutegicas
de forma conservadora Es lo que se denomina meacutetodo determiniacutestico
La repotenciacioacuten de una liacutenea se presenta como una oportunidad para revisar el
sistema adoptado para el caacutelculo de ampacidad Instalar un sistema de monitorizacioacuten
en tiempo real o realizar un seguimiento de las variables meteoroloacutegicas durante cierto
periodo de tiempo pueden contribuir a aumentar la ampacidad En caso de no
realizarse revisioacuten alguna las condiciones meteoroloacutegicas que se consideran para la
determinacioacuten de la ampacidad son las mismas que las consideradas para el conductor
sustituido 722 Pasos a seguir para la cuantificacioacuten de la repotenciacioacuten
A continuacioacuten se van a enumerar y describir brevemente los pasos a seguir para
obtener el valor de la ampacidad obtenida en la repotenciacioacuten
Paso 1 Caacutelculo mecaacutenico del conductor
El primer paso dentro del caacutelculo mecaacutenico consiste en determinar los valores de los
paraacutemetros del conductor necesarios para realizar el caacutelculo mecaacutenico Tambieacuten es
importante determinar las caracteriacutesticas del proceso de instalacioacuten Finalmente antes
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
158
de proceder al caacutelculo mecaacutenico propiamente dicho se deben definir las etapas para la
determinacioacuten de la fluencia del conductor Como resultado del caacutelculo mecaacutenico del
conductor se obtiene la tabla de tendido y la temperatura maacutexima admisible asociadas
a las temperaturas consideradas para la instalacioacuten (Fig 71)
Fig 71 Caacutelculo mecaacutenico
Paso 11 Datos del conductor necesarios para realizar el caacutelculo mecaacutenico
Los datos del conductor necesarios para realizar el caacutelculo mecaacutenico seguacuten el meacutetodo
propuesto son los siguientes
bull Diaacutemetro exterior del conductor D
bull Masa del conductor por unidad de longitud ωcon
bull Aacuterea del nuacutecleo An y del aluminio Aa
bull Coeficiente de expansioacuten teacutermica del nuacutecleo αn y del aluminio αa
bull Moacutedulo elaacutestico del nuacutecleo En y del aluminio Ea
bull Curva de esfuerzo-deformacioacuten del nuacutecleo y del aluminio que represente el
asentamiento geomeacutetrico y la fluencia metaluacutergica de la primera hora
bull Curva de fluencia metaluacutergica del nuacutecleo y del aluminio en funcioacuten del tiempo la
temperatura y el esfuerzo
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
159
La forma de obtener algunos de los datos del conductor necesarios se analiza en
mayor detalle en el subapartado 73
Paso 12 Definicioacuten del proceso de instalacioacuten
Se deben definir las temperaturas correspondientes a la tabla de tendido Ademaacutes en
el caso de los conductores ACSS y los conductores tipo gap se deben definir algunas
cuestiones relativas al proceso de instalacioacuten
Conductores ACSS
El fabricante recomienda realizar un pretensado del conductor para mejorar su
respuesta una vez instalado En caso de realizar dicho pretensado se debe definir el
valor de la carga mecaacutenica y el tiempo de aplicacioacuten
Conductores tipo gap
La duracioacuten del paso de instalacioacuten donde el conductor descansa en el acero con
objeto de que el aluminio se relaje puede variar en funcioacuten de la longitud del vano o
vanos entre apoyos de amarre La duracioacuten afecta a la fluencia experimentada por el
acero Por tanto la duracioacuten de este paso de la instalacioacuten debe definirse
Paso 13 Condiciones para la determinacioacuten de la fluencia a lo largo de la vida de
la liacutenea
En este paso se determinan diversas etapas que representan las condiciones del
conductor a lo largo de su vida con objeto de determinar la fluencia a lo largo del
tiempo Por una parte entre las condiciones que determinan la fluencia del conductor
se deben considerar situaciones puntuales de alta carga mecaacutenica debido a friacuteo y
viento que pueden aumentar la deformacioacuten del conductor por asentamiento Por otra
parte la deformacioacuten por fluencia metaluacutergica del conductor aumenta en funcioacuten de la
temperatura que tenga eacuteste y el tiempo que pase con dicho valor de temperatura
siendo especialmente desfavorables los periacuteodos en los que la temperatura del
conductor sea alta
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
160
La eleccioacuten adecuada de las etapas que caracterizan la fluencia depende tanto de las
condiciones meteoroloacutegicas a lo largo de la vida de la liacutenea como de los niveles de
intensidad de corriente que circula a traveacutes de ella Los criterios para realizar la
eleccioacuten de estas etapas de forma que representen la fluencia real quedan fuera del
alcance de la tesis debido a que no se disponen de datos de campo que los puedan
validar
Una opcioacuten que parece razonable es considerar las etapas de forma similar a como lo
hace el meacutetodo ALCOA debido a que es un meacutetodo extendido y que se viene utilizando
durante mucho tiempo Este meacutetodo considera para la fluencia metaluacutergica un periodo
de 10 antildeos con una temperatura del conductor constante y similar a la temperatura
ambiente Sin embargo este criterio no deja de ser un criterio realizado desde la
experiencia que habriacutea que contrastar con datos reales de campo Ademaacutes parece
loacutegico pensar que no tiene sentido aplicar un mismo criterio para todas las liacuteneas pues
las condiciones variacutean de unas a otras El meacutetodo ALCOA tambieacuten permite considerar
periodos de fluencia a alta temperatura durante varias horas Sin embargo no
proporciona criterios para determinar el nuacutemero de horas
En cuanto a la fluencia por asentamiento geomeacutetrico el meacutetodo ALCOA considera las
condiciones meteoroloacutegicas adversas fijadas por la normativa y calcula el asentamiento
geomeacutetrico correspondiente Supone que dichas condiciones se producen al inicio de
la vida de la liacutenea Posteriormente compara la deformacioacuten entre la fluencia
metaluacutergica y el asentamiento geomeacutetrico y se queda con el de mayor valor
Para no alejarse de la praacutectica del meacutetodo ALCOA se recomienda considerar para la
fluencia metaluacutergica un periodo de 10 antildeos con el conductor a temperatura ambiente
El meacutetodo propuesto en esta tesis es flexible en cuanto a que permite considerar la
interrelacioacuten entre fluencia metaluacutergica y asentamiento geomeacutetrico pues se basa en un
caacutelculo acumulativo de la fluencia en el tiempo En este sentido se debe establecer el
momento en el que ocurren las condiciones meteoroloacutegicas adversas ya que no es
posible saber cuaacutendo se va a producir dichas condiciones El momento en el que se
produzcan las condiciones meteoroloacutegicas adversas al principio durante o al final de la
vida del conductor afecta a la fluencia final Sin embargo como se veraacute en el ejemplo
de aplicacioacuten la diferencia en el resultado no es importante Asiacute se propone suponer
que las condiciones meteoroloacutegicas adversas ocurren a mitad de vida de la liacutenea
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
161
Ademaacutes si a partir de los valores de las condiciones meteoroloacutegicas y de los niveles de
intensidad de corriente esperados se determina una serie de etapas que representen la
vida de la liacutenea de forma maacutes realista se recomienda realizar el caacutelculo tambieacuten con
estos valores La determinacioacuten de estas etapas se propone como trabajo futuro a
realizar
Paso 14 Aplicacioacuten de metodologiacutea propuesta para el caacutelculo mecaacutenico
A partir de los liacutemites de carga maacutexima y los valores del vano dados como datos de
partida y los valores definidos en los pasos 11 12 y 13 se aplica la metodologiacutea de
caacutelculo mecaacutenico propuesta en esta tesis y se obtiene la maacutexima temperatura
admisible del conductor y la tabla de tendido Esta metodologiacutea de caacutelculo se describe
en detalle en el subapartado 74
Paso 2 Caacutelculo teacutermico del conductor El primer paso dentro del caacutelculo teacutermico consiste en determinar los valores de los
paraacutemetros del conductor necesarios para realizar el caacutelculo teacutermico Estos valores
junto con la temperatura maacutexima admisible del conductor proporcionada por el caacutelculo
mecaacutenico y las condiciones meteoroloacutegicas de partida permiten obtener como resultado
del caacutelculo teacutermico del conductor se obtiene la ampacidad (Fig 72)
Fig 72 Caacutelculo teacutermico
Paso 21 Datos del conductor necesarios para realizar el caacutelculo teacutermico
Los datos del conductor necesarios para realizar el caacutelculo teacutermico seguacuten el meacutetodo
propuesto son los siguientes
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
162
bull Diaacutemetro exterior del conductor D
bull Diaacutemetro interior de las capas de aluminio Dint
bull Diaacutemetro de los alambres de aluminio de la capa externa d
bull Resistencia en corriente continua Rdc del conductor a temperatura θRdc
bull Incremento de resistencia en corriente alterna debido a peacuterdidas magneacuteticas
asociadas a capas impares de aluminio βm ()
Paso 22 Aplicacioacuten de metodologiacutea propuesta para el caacutelculo teacutermico
A partir de las condiciones meteoroloacutegicas dadas como datos de partida y la maacutexima
temperatura admisible del conductor obtenida mediante el caacutelculo mecaacutenico se aplica
la metodologiacutea de caacutelculo teacutermico propuesta en esta tesis y se obtiene la ampacidad
Esta metodologiacutea de caacutelculo se describe en detalle en el subapartado 75
El esquema conjunto de los caacutelculos propuestos en la presente metodologiacutea se
muestra en la Figura 73
Fig 73 Diagrama completo de caacutelculo
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
163
73 Datos del conductor necesarios para realizar el caacutelculo mecaacutenico
Varios de los datos del conductor necesarios para la metodologiacutea se pueden
determinar a partir del disentildeo del conductor y generalmente los suelen dar todos los
fabricantes Estos datos son el diaacutemetro exterior del conductor el aacuterea del nuacutecleo y del
aluminio y la masa del conductor por unidad de longitud Otros datos sin embargo
pueden requerir la realizacioacuten de ensayos
El coeficiente de expansioacuten teacutermica del nuacutecleo y del aluminio depende del material del
nuacutecleo o el aluminio Estos valores son conocidos en la mayoriacutea de los casos y solo en
el caso de nuevos materiales como por ejemplo los nuacutecleos de composite suele ser
necesario caracterizar su valor
Los valores del moacutedulo elaacutestico la caracteriacutestica de esfuerzo-deformacioacuten y la fluencia
metaluacutergica a temperatura ambiente se caracterizan mediante ensayos definidos por
normas
731 Curvas de esfuerzo-deformacioacuten
El ensayo de esfuerzo-deformacioacuten viene definido como anexo en la norma
[UNE50182] Se realizan dos ensayos uno sobre el conductor completo y otro sobre el
nuacutecleo
El ensayo sobre el conductor completo comienza tensando el conductor hasta un 5
de la traccioacuten de rotura Esta condicioacuten es a partir de la cual se empieza a medir la
elongacioacuten Se aumenta la tensioacuten hasta el 30 de la de rotura y se mantiene en ese
valor durante media hora Se establece el tiempo para alcanzar dicha tensioacuten entre 1 y
2 minutos Se relaja el conductor hasta el 5 y se vuelve a subir hasta el 50 donde
se mantiene una hora Se relaja el conductor hasta el 5 y se vuelve a subir hasta el
70 donde se mantiene otra hora Se relaja el conductor hasta el 5 y se vuelve a
subir hasta el 85 donde se mantiene otra hora Se relaja el conductor hasta el 5 y
se aumenta la carga hasta que rompe el conductor
Se debe medir tanto la traccioacuten como la elongacioacuten La frecuencia de muestreo debe
ser lo suficientemente grande para que los periodos de cambio de carga se
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
164
caractericen a traveacutes de una curva clara Si no se realiza de forma continua se toman
medidas en intervalos del 25 de la resistencia a traccioacuten En los periacuteodos de
traccioacuten constante la elongacioacuten se mide a los 5 10 15 30 45 y 60 minutos
El ensayo sobre el acero se realiza en segundo lugar Se realiza de forma similar al
conductor tres ciclos de carga al 30 50 70 y 85 de la carga de rotura En cada
caso la traccioacuten se aumenta hasta que la elongacioacuten coincide con la que teniacutea el
conductor al inicio del periodo de mantenimiento de carga constante
De los resultados del ensayo se obtiene una curva que representa el comportamiento
del conductor al estar sometido a una determinada traccioacuten constante durante una
hora La deformacioacuten asociada incluye el asentamiento geomeacutetrico y la fluencia
metaluacutergica correspondiente a una hora Esta curva se obtiene ajustando una curva
que pase por los puntos finales de traccioacuten-deformacioacuten de cada ciclo Ademaacutes se
incluye tambieacuten el punto inicial de deformacioacuten cero (Fig 74)
Fig 74 Ensayo de esfuerzo-deformacioacuten
Como la referencia o cero de la deformacioacuten no corresponde con un valor cero de
traccioacuten se desplaza la curva el eje x de deformacioacuten para que en la curva final tanto la
traccioacuten como la deformacioacuten tengan la referencia en cero (Fig 75 y 76)
strain [mmm]
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
165
Displaced points - Conductor
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 01 02 03 04 05 06 07 08 09
strain []
load
[kN]
Fig 75 Ajuste de curva a ensayo de esfuerzo-deformacioacuten del conductor
Displaced points - Core
0
5
10
15
20
25
0 01 02 03 04 05 06 07 08
strain []
load
[kN]
Fig 76 Ajuste de curva a ensayo de esfuerzo-deformacioacuten del nuacutecleo
La curva de aluminio se obtiene mediante la diferencia de las dos curvas Es decir
para un determinado valor de deformacioacuten la traccioacuten que soporta el aluminio es la
traccioacuten dada para esa deformacioacuten por la curva del conductor menos la dada por la
curva del nuacutecleo
Las curvas necesarias para el caacutelculo mecaacutenico son las correspondientes al nuacutecleo y al
aluminio Generalmente estas curvas se expresan mediante polinomios de tercer o
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
166
cuarto orden [ALU97] La unidad del eje de ordenadas corresponde a las unidad de
traccioacuten (N) pues es la magnitud medida en el ensayo
Ademaacutes de la curva que caracteriza el asentamiento geomeacutetrico y la fluencia
metaluacutergica correspondiente a una hora el ensayo permite determinar tambieacuten el
moacutedulo elaacutestico El moacutedulo elaacutestico se caracteriza por la pendiente en unidades de
traccioacuten (N) de la fase de relajacioacuten del ciclo de carga de 50 70 o 85 La
pendiente del aluminio se calcula por la diferencia de pendientes entre el ensayo sobre
el conductor completo y el ensayo sobre el nuacutecleo Finalmente se divide las pendientes
obtenidas por el aacuterea de nuacutecleo o aluminio seguacuten corresponda obtenieacutendose el
moacutedulo elaacutestico del nuacutecleo y el aluminio en unidades de esfuerzo (Nmm2)
732 Curvas de fluencia
El ensayo de fluencia metaluacutergica viene definido en la norma UNE-EN-61395 El
ensayo se realiza a traccioacuten constante Se recomienda un valor de traccioacuten para el
ensayo que corresponde con el 20 de la traccioacuten de rotura El tiempo para alcanzar
la carga de ensayo es de 5 minutos plusmn10 segundos
El tiempo o deformacioacuten cero (punto de partida) corresponde a cuando se alcanza la
traccioacuten a la que se va a realizar el ensayo La duracioacuten del ensayo debe ser de al
menos 1000 horas Se deben definir los instantes a medir para que el espaciado en la
escala logariacutetmica quede uniforme
La temperatura recomendada para el ensayo es de 20 ordmC Se admiten variaciones de
temperatura durante el ensayo de plusmn2 ordmC Se establece la precisioacuten miacutenima para la
medida de temperatura que es de plusmn05 ordmC En caso de variaciones de temperatura se
debe realizar una adecuacioacuten de las medidas de deformacioacuten para referirlos a 20 ordm C
Los resultados obtenidos se utilizan para caracterizar las dos constantes m y micro de una
ley potencial en funcioacuten del tiempo (71) Seguacuten la norma ldquoa fin de lograr una liacutenea de
regresioacuten objetiva a partir de la foacutermula de la fluencia el meacutetodo requiere que los
valores experimentales esteacuten uniformemente repartidos a lo largo de la liacuteneardquo Se
refiere al graacutefico en el que tanto el eje de abscisas como el de ordenadas son ejes
logariacutetmicos Asiacute debe haber igual nuacutemero de puntos entre 1-10 horas entre 10-100
horas y entre 100-1000 horas (Fig 77)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
167
microε tm sdot= (71)
Fig 77 Ensayo de fluencia
Se pueden hacer ensayos bien sobre el conductor completo o sobre el nuacutecleo
7321 Determinacioacuten de fluencia aluminio
El ensayo de fluencia se puede realizar tanto sobre el conductor completo como sobre
el nuacutecleo En realidad la norma solo se refiere sobre el conductor pero se puede
realizar el ensayo sobre el nuacutecleo de forma similar Sin embargo al igual que ocurre
con el ensayo de esfuerzo-deformacioacuten no es posible realizar el ensayo de fluencia
exclusivamente sobre el aluminio Por lo tanto igual que en el caso del ensayo de
esfuerzo-deformacioacuten la fluencia del aluminio se debe derivar a partir de la fluencia del
conductor y de la del nuacutecleo
Como se ha comentado previamente las normas solamente se refieren a la fluencia
del conductor completo No se ha encontrado referencias sobre la obtencioacuten de la
fluencia del aluminio Por tanto dicha derivacioacuten es una aportacioacuten que se realiza en
esta tesis
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
168
El ensayo de fluencia del conductor completo se realiza a traccioacuten constante T Sin
embargo esto no quiere decir que la traccioacuten en el nuacutecleo Tn y aluminio Ta lo sea
tambieacuten De hecho como la deformacioacuten por fluencia del aluminio es mayor que la del
nuacutecleo se produce una transferencia de carga mecaacutenica desde el aluminio hacia el
nuacutecleo
cteTTT na =+= (72)
cteAEAE nnTnaa
Ta =sdotsdot+sdotsdot εε (73)
aa
nnTn
Ta AE
AEsdotsdot
sdot∆minus=∆ εε (74)
Por otra parte el aumento de deformacioacuten que se produce en el conductor durante el
ensayo es comuacuten tambieacuten para el aluminio y el nuacutecleo Tomando como referencia el
tiempo cero del ensayo el aumento de deformacioacuten es debido a la deformacioacuten por
fluencia metaluacutergica εfm y al aumento de la deformacioacuten por traccioacuten ∆εT En el caso del
nuacutecleo tambieacuten se produce un aumento de la deformacioacuten por asentamiento
geomeacutetrico debido a que durante el ensayo la carga mecaacutenica del nuacutecleo aumenta Sin
embargo la deformacioacuten por asentamiento geomeacutetrico suele ser pequentildea en el nuacutecleo
por lo que se puede despreciar En el caso del aluminio no se produce un aumento de
deformacioacuten por asentamiento geomeacutetrico debido a que durante el ensayo la traccioacuten
del aluminio reduce su valor
εεε ∆=∆=∆ na (74)
fmTn
fmn
Ta
fma εεεεε =∆+=∆+ (75)
Durante el ensayo de fluencia del conductor el paraacutemetro que se mide es fmε es
decir la deformacioacuten experimentada a lo largo del tiempo desde el tiempo cero de
medida Seguacuten (75) la fluencia fmaε experimentada por el aluminio en ese periodo es
la diferencia entre la deformacioacuten medida en el conductor y la variacioacuten de deformacioacuten
en el aluminio Taε∆ debido a la variacioacuten de traccioacuten en el mismo (76)
Ta
fmfma εεε ∆minus= (76)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
169
Si se sustituye en (76) la expresioacuten (73) se obtiene la ecuacioacuten (77)
aa
nnTn
fmfma AE
AEsdotsdot
sdot∆+= εεε (77)
Si en la ecuacioacuten (75) se despeja la variacioacuten de deformacioacuten en el nuacutecleo por
variacioacuten de traccioacuten Tnε∆ se obtiene (78)
fm
nfmT
n εεε minus=∆ (78)
Sustituyendo la ecuacioacuten (78) en (77) se obtiene la expresioacuten (79)
aa
nnfmn
aa
nnfmfma AE
AEAEAE
sdotsdot
sdotminus
sdotsdot
+sdot= εεε 1 (79)
Por lo tanto la deformacioacuten por fluencia metaluacutergica del aluminio desarrollada durante
el ensayo del conductor completo fmaε depende de la deformacioacuten experimentada por el
conductor fmε y la fluencia metaluacutergica fmnε experimentada por el nuacutecleo en el ensayo
La fluencia metaluacutergica fmnε experimentada por el nuacutecleo en el ensayo es un valor
conocido o que puede derivarse del ensayo de fluencia realizado sobre el nuacutecleo Para
determinar su valor es necesario determinar el valor de la traccioacuten o esfuerzo sobre el
nuacutecleo durante el ensayo de traccioacuten del conductor El valor inicial de la traccioacuten en el
nuacutecleo se puede determinar a partir de las curvas de esfuerzo-deformacioacuten y del valor
de traccioacuten del conductor Posteriormente la traccioacuten del nuacutecleo iraacute aumentando de
valor durante el ensayo Para facilitar el caacutelculo del valor fmnε se puede suponer que el
valor de la traccioacuten del nuacutecleo es constante e igual al valor obtenido por las curvas de
esfuerzo-deformacioacuten Teniendo en cuenta que la deformacioacuten por fluencia del nuacutecleo
suele ser pequentildea se supone que la simplificacioacuten realizada tiene un efecto que es
despreciable
La variacioacuten de traccioacuten en el ensayo que aumenta en el nuacutecleo y se reduce en el
aluminio puede obtenerse a partir de la deformacioacuten experimentada por el conductor fmε y la fluencia metaluacutergica fm
nε experimentada por el nuacutecleo en el ensayo (711)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
170
Tnnnna AETT ε∆sdotsdot=∆=∆minus (710)
( )fmn
fmnnna AETT εε minussdotsdot=∆=∆minus (711)
Por uacuteltimo una vez determinada la deformacioacuten por fluencia en el aluminio se debe
determinar el valor de la traccioacuten o esfuerzo en el aluminio a la que corresponde dicha
deformacioacuten Como se ha visto dicha traccioacuten es variable y va reduciendo su valor a
medida que se desarrolla el ensayo Por lo tanto la deformacioacuten obtenida para el
aluminio no corresponde a un valor de traccioacuten constante De forma similar a la
asignacioacuten de traccioacuten del nuacutecleo realizada previamente se propone utilizar la traccioacuten
del aluminio obtenida mediante las curvas de esfuerzo deformacioacuten como valor de
referencia para la deformacioacuten del aluminio por fluencia metaluacutergica obtenida en el
ensayo
7322 Dependencia de la fluencia con el esfuerzo y la temperatura
La norma establece que el ensayo de fluencia se realice al 20 de la carga de rotura
del conductor y a 20 ordmC La ecuacioacuten obtenida establece la evolucioacuten de la fluencia en
el tiempo en dichas condiciones Sin embargo en la realidad los valores de traccioacuten y
temperatura del conductor pueden diferir de estos valores y por lo tanto tambieacuten la
evolucioacuten de la fluencia en el tiempo Asiacute es necesario determinar la evolucioacuten de la
fluencia para otros valores de traccioacuten y temperatura El objetivo es determinar el valor
de los coeficientes α y φ que en la ecuacioacuten (431) determinan la dependencia de la
fluencia con el esfuerzo y la temperatura respectivamente Para ello es necesario
realizar ensayos a diferentes valores de traccioacuten por una parte y a diferentes valores de
temperatura por otra
En el caso de ensayos a diferentes valores de traccioacuten lo razonable es realizarlo a
temperatura ambiente siguiendo la norma [UNE61395] excepto en el valor de la
traccioacuten Con los resultados de los ensayos se obtiene el valor de la constante α que
determina la dependencia de la fluencia con el esfuerzo
microασε tnfm sdotsdot= (712)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
171
En [BAR83] se proporcionan los valores de α para el aluminio y el nuacutecleo de acero Sus
valores son 13 y 47 respectivamente A falta de datos de ensayos que permitan
determinar el valor de α estos valores pueden ser utilizados para conductores con
nuacutecleo de acero
La realizacioacuten de los ensayos a diferentes valores de temperatura es maacutes complicado
debido a la necesidad de alguacuten sistema que caliente el conductor y mantenga su
temperatura en un valor constante Este sistema no estaacute contemplado en la norma En
[CIG 81] se describen brevemente los ensayos de fluencia a alta temperatura El
conductor se calienta a traveacutes de una corriente AC a baja tensioacuten Un sistema de
control controla la corriente con objeto de mantener la temperatura constante El
sistema de inyeccioacuten de corriente debe estar lo maacutes proacuteximo posible a los amarres
dentro de 300 mm La norma indica que se podriacutea cubrir el conductor para reducir las
peacuterdidas teacutermicas pero no deberiacutea ser una camisa en contacto con el conductor En
[3M 03c] se describe un ejemplo reciente donde se realiza el ensayo de fluencia del
nuacutecleo del conductor ZTACCR a 150 ordmC y 250 ordmC Con los resultados de los ensayos
se puede obtener el valor de la constante φ que determina la dependencia de la
fluencia con la temperatura (713)
microϕθε tepfm sdotsdot= (713)
En [BAR83] dan los valores de φ para el aluminio y el nuacutecleo de acero Su valor es 003
y 002 respectivamente A falta de datos de ensayos que permitan determinar el valor
de φ estos valores pueden ser utilizados para conductores con nuacutecleo de acero
7323 Determinacioacuten de la fluencia a partir de las curvas del meacutetodo ALCOA
Las curvas del meacutetodo ALCOA permiten determinar para un determinado conductor la
fluencia que experimenta el nuacutecleo o el aluminio desde la primera hora hasta los diez
antildeos con un determinado valor de esfuerzo (Fig 77)
fmh
fmh
fm187600 εεε minus=∆ (714)
( )micromicroε 187600 minussdot=∆ mfm (715)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
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172
En la ecuacioacuten (715) hay dos incoacutegnitas m y micro para una uacutenica ecuacioacuten El valor de m
depende del esfuerzo σ y es mayor cuanto mayor es el esfuerzo mientras que el valor
de micro es independiente del valor del esfuerzo En [BAR83] se proporcionan los valores
de micro para el aluminio y el nuacutecleo de acero Sus valores son 03 y 013 respectivamente
Por lo tanto tomando estos valores queda como incoacutegnita una uacutenica incoacutegnita de
forma que se puede obtener el valor de m
Fig 78 Variacioacuten de deformacioacuten por fluencia metaluacutergica desde una hora hasta diez antildeos
74 Metodologiacutea propuesta para el caacutelculo mecaacutenico
Con el objetivo de cumplir los requisitos citados en el capiacutetulo anterior en la presente
tesis se propone una nueva metodologiacutea de caacutelculo mecaacutenico cuyo esquema se recoge
en la Figura 79 La primera etapa corresponde al proceso de instalacioacuten dentro del
cual todos los pasos de la instalacioacuten son considerados Luego se estima la fluencia
considerando tantas etapas de fluencia como se precise La deformacioacuten debida a la
fluencia es acumulativa y depende de las etapas previas de fluencia
Asiacute para una determinada temperatura de instalacioacuten el meacutetodo calcula el valor
maacuteximo de traccioacuten de instalacioacuten que hace que se respeten las restricciones de
traccioacuten en las condiciones de maacutexima carga Para ello la variable de iteracioacuten es la
traccioacuten de instalacioacuten (Fig 79) Al finalizar el proceso iterativo se calcula la
temperatura maacutexima admisible que seraacute punto de partida para el posterior caacutelculo
teacutermico
σ
ε
∆εfm
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173
Fig 79 Paso 14 Caacutelculo mecaacutenico
Paso 141 Instalacioacuten del conductor
Paso 1411 Temperatura y traccioacuten de instalacioacuten
En este paso se definen la temperatura y la traccioacuten de instalacioacuten del conductor
La temperatura se obtiene de las temperaturas definidas para la tabla de tendido en el
paso 12 Asiacute se repite el caacutelculo y el proceso de iteracioacuten para cada temperatura
definida en dicha tabla
La traccioacuten de instalacioacuten a una determinada temperatura es la variable de iteracioacuten
Partiendo de un determinado valor inicial se va iterando hasta obtener el maacuteximo valor
de traccioacuten de instalacioacuten que hace que se cumplan las condiciones de carga mecaacutenica
maacutexima definidas
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
174
Paso 1412 Caacutelculo de deformacioacuten debido a la fluencia correspondiente a la
instalacioacuten
A partir de los valores de temperatura y traccioacuten de instalacioacuten fijados en el paso
anterior y las caracteriacutesticas de la instalacioacuten fijadas en el paso 12 se calcula la
fluencia correspondiente a la instalacioacuten (Fig 710 a 713)
Fig 710 Paso 1412 Deformacioacuten por fluencia durante la instalacioacuten de conductores no tipo gap
Fig 711 Paso 1412 Deformacioacuten por fluencia durante la instalacioacuten de conductores no tipo gap con
pretensado
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175
Fig 712 Paso 1412 Deformacioacuten por fluencia del nuacutecleo durante la instalacioacuten de conductores tipo
gap
Fig 713 Paso 1412 Deformacioacuten por fluencia del aluminio durante la instalacioacuten de conductores tipo
gap
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176
Paso 142 Caacutelculo de condicioacuten de referencia
A partir de los valores de temperatura y traccioacuten de instalacioacuten y la fluencia se obtiene
la condicioacuten de referencia que estaacute compuesta por la longitud de referencia y los
correspondientes valores de traccioacuten fluencia y temperatura La longitud de referencia
es aquella que se toma como base para aplicar las deformaciones correspondientes a
las variaciones de traccioacuten fluencia y temperatura y calcular la longitud
correspondiente del conductor
En el meacutetodo propuesto la longitud de referencia se asocia al conductor sin traccioacuten
alguna y sin haber experimentado deformacioacuten por fluencia En el caso de la
temperatura evidentemente no tiene sentido referirse a la temperatura cero y se
define alguacuten valor asociado a la longitud de referencia La temperatura correspondiente
a valores nulos de traccioacuten y fluencia es el de la fabricacioacuten del conductor que se
puede aproximar al de la realizacioacuten de los ensayos de esfuerzo-deformacioacuten Por lo
tanto eacuteste seraacute el valor que se tome como referencia para la temperatura
Las longitudes de referencia correspondientes a la condicioacuten de no traccioacuten y no
fluencia a la temperatura de referencia se obtienen a partir de alguna condicioacuten donde
los valores de deformacioacuten son conocidos tanto para el nuacutecleo como para el aluminio
Esta condicioacuten es la condicioacuten de instalacioacuten donde se conoce la longitud del
conductor la temperatura y traccioacuten total del conductor y se puede estimar la fluencia
asociada al proceso de instalacioacuten
En el caso de los conductores tipo gap se consideran longitudes de referencia
independientes para el nuacutecleo y para el aluminio En el caso de los conductores tipo
gap toda la carga de la instalacioacuten la soporta el nuacutecleo de forma que el aluminio estaacute
flojo Por lo tanto el valor de Taε es igual a cero En el caso de conductores que no son
tipo gap el valor de la longitud de referencia es el mismo para el aluminio y el nuacutecleo
T Geometriacutea catenaria Lg
( )θεεε af
aTa
gao
LL+++
=1
( )θεεε nf
nTn
gno
LL+++
=1
Fig 714 Longitudes de referencia
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177
A partir de la condicioacuten de referencia se puede calcular la traccioacuten del conductor en
cualquier condicioacuten Una condicioacuten se define por la temperatura del conductor el valor
de la fluencia experimentada hasta ese momento y la sobrecarga de viento o hielo
El algoritmo de caacutelculo se muestra en la Fig 715 El algoritmo del meacutetodo de suma de
deformaciones ha sido adaptado de forma que el conductor se modela
independientemente de la geometriacutea de la catenaria La traccioacuten del aluminio Ta se
calcula directamente a partir de la longitud del nuacutecleo Ln que coincide con la del
aluminio La Sumando las tracciones del nuacutecleo y el aluminio se obtiene la traccioacuten
total del conductor A partir de esta traccioacuten y la geometriacutea de la catenaria se obtiene
la longitud Lg y se compara con la del conductor Lc La traccioacuten Tn es la variable de
iteracioacuten la cual se va iterando hasta que la diferencia entre las dos longitudes esteacute por
debajo de determinado umbral (000001 de la longitud del vano)
Fig 715 Proceso iterativo de caacutelculo de condicioacuten
El proceso de caacutelculo de la traccioacuten del aluminio Ta se realiza mediante las ecuaciones
(716-18) El primer paso es el caacutelculo de la deformacioacuten total del aluminio εa (716)
Luego se substrae la deformacioacuten debida a la temperatura y fluencia y se obtiene la
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
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178
deformacioacuten debida a la traccioacuten εaT (717) Finalmente se calcula la traccioacuten debida al
aluminio Ta (718)
1minus= ao
a
a LLε (716)
faa
fmaaa
Ta εεεεε θ minusminusminus= (717)
aaTaa AET sdotsdot= ε (718)
Si cuando la temperatura del conductor aumenta el aluminio queda flojo la
deformacioacuten calculada a partir de las ecuaciones (716-18) daraacute un valor negativo En
este caso la traccioacuten calculada Ta seraacute tambieacuten negativa Sin embargo la traccioacuten del
aluminio no va a bajar por debajo de un determinado valor miacutenimo pues el aluminio
sufre una deformacioacuten radial hacia el exterior El valor miacutenimo es cero en principio
aunque puede ser negativo si experimenta una compresioacuten antes de quedarse flojo
Esto se tiene en cuenta en el algoritmo cuando se evaluacutea el valor de la traccioacuten Ta del
aluminio
Paso 143 Caacutelculo de deformacioacuten debido a fluencia en las etapas consideradas
A partir de las etapas establecidas en el paso 13 de la condicioacuten de referencia y de la
deformacioacuten debida a fluencia en la instalacioacuten se calcula de forma secuencial la
fluencia en las etapas consideradas (Fig 716)
Fig 716 Paso 143 Deformacioacuten por fluencia en la etapa i
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
179
El punto de partida para calcular la fluencia metaluacutergica final de la etapa i es el caacutelculo
de la traccioacuten del conductor con las condiciones (temperatura sobrecarga) de la
condicioacuten i y con la fluencia final de la etapa i-1 El caacutelculo de la traccioacuten se realiza
mediante el algoritmo de caacutelculo de condicioacuten A partir de la traccioacuten inicial y la
temperatura de la etapa i se sigue el procedimiento secuencial propuesto por CIGREacute
[CIG81]
La deformacioacuten debida a la fluencia es acumulativa y depende de las etapas previas de
fluencia Para realizar el caacutelculo de la fluencia total desarrollada la duracioacuten de la etapa
i se divide en periodos donde el esfuerzo y la temperatura se consideran constantes
En [CIG81] se considera aceptable si la variacioacuten de la deformacioacuten en el periodo es
alrededor de 20 micromm Este es el criterio que se propone seguir para el caacutelculo de la
fluencia La traccioacuten se supone constante mientras el incremento de deformacioacuten sea
menor a 20 micromm Cuando se supere este valor se vuelve a calcular el valor de la
traccioacuten mediante el algoritmo de caacutelculo de condicioacuten Por lo tanto la duracioacuten de la
etapa i se divide en periodos donde el esfuerzo y la temperatura se consideran
constantes y la deformacioacuten total desarrollada por el nuacutecleo o el aluminio sea igual o
menor a 20 micromm Al principio de cada periodo se vuelve a calcular el valor de la
traccioacuten mediante el algoritmo de caacutelculo de condicioacuten
La traccioacuten experimentada por el aluminio o el nuacutecleo en la etapa i daraacute lugar a un
aumento del asentamiento geomeacutetrico en caso de que dicha traccioacuten supere el maacuteximo
histoacuterico El valor maacuteximo histoacuterico se va actualizando a medida que se supera en
alguna etapa Su valor inicial se determina en el paso 141 donde se calcula el
asentamiento geomeacutetrico asociado a la instalacioacuten
En caso de que la traccioacuten del aluminio o nuacutecleo supere el valor maacuteximo histoacuterico se
calcula el nuevo valor de asentamiento geomeacutetrico a partir de las curvas de esfuerzo-
deformacioacuten El proceso de caacutelculo del asentamiento geomeacutetrico del aluminio se
muestra en la Figura 717 El proceso de caacutelculo para el nuacutecleo es anaacutelogo
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
180
Fig 717 Paso 143 Deformacioacuten por asentamiento geomeacutetrico en la etapa i
Paso 144 Caacutelculo de traccioacuten en las condiciones de maacutexima carga
A partir del algoritmo de caacutelculo de condicioacuten se calcula la traccioacuten con los valores de
temperatura viento o hielo definidas para las condiciones de maacutexima carga (Fig 718)
Fig 718 Paso 144 Traccioacuten en condiciones de maacutexima carga
Paso 145 Caacutelculo de temperatura maacutexima admisible
En la etapa final se aplica el algoritmo de caacutelculo de condicioacuten e iterando en la
temperatura del conductor se obtiene la temperatura que hace que se alcance el liacutemite
de flecha (Fig 719)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
181
Fig 719 Paso 145 Temperatura maacutexima admisible
741 Meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico propuesto aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
En el apartado 62 se pusieron de manifiesto los inconvenientes de los meacutetodos de
caacutelculo mecaacutenico existentes aplicados a los conductores de altas prestaciones teacutermicas
y flecha pequentildea Los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
tienen caracteriacutesticas especiales que en algunos casos complican el caacutelculo mecaacutenico
del conductor Se han enumerado estas caracteriacutesticas y se ha analizado el
comportamiento de los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico existentes respecto a las mismas
A continuacioacuten se va a abordar el comportamiento del meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico
propuesto respecto a las mencionadas caracteriacutesticas
7411 Aflojamiento del aluminio
El meacutetodo propuesto modeliza la transicioacuten en el comportamiento del aluminio Realiza un anaacutelisis independiente de nuacutecleo y aluminio Ademaacutes como la
transicioacuten variacutea en funcioacuten de la variacioacuten de la deformacioacuten por fluencia el hecho de
que el meacutetodo modelice la fluencia seguacuten las etapas consideradas permite determinar
la transicioacuten para cada etapa considerada
7412 Fluencia metaluacutergica a alta temperatura
El meacutetodo propuesto tiene en cuenta la temperatura del conductor a la hora de determinar la deformacioacuten por fluencia metaluacutergica Por tanto es capaz de
determinar la fluencia metaluacutergica a alta temperatura
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
182
7413 Fluencia metaluacutergica del aluminio y el nuacutecleo
El meacutetodo propuesto considera de forma independiente la fluencia del aluminio y el nuacutecleo
7414 Aluminio recocido
La deformacioacuten inelaacutestica del aluminio recocido se ve reflejada en los ensayos de esfuerzo-deformacioacuten donde se suma a la deformacioacuten debido al asentamiento
geomeacutetrico y la fluencia metaluacutergica
7415 Coeficiente de expansioacuten teacutermica variable
Los conductores con nuacutecleo de invar experimentan una variacioacuten brusca del coeficiente de expansioacuten del nuacutecleo a una determinada temperatura El meacutetodo propuesto tiene en cuenta esta variacioacuten La deformacioacuten debido a la expansioacuten
teacutermica se evaluacutea en el algoritmo de caacutelculo de condicioacuten en funcioacuten de la diferencia
entre la temperatura actual del conductor θ y la temperatura de referencia θo Si la
temperatura actual es superior a la temperatura θv en la que se produce la variacioacuten
brusca del coeficiente de expansioacuten el caacutelculo de deformacioacuten se calcula como la
suma de las deformaciones por debajo y por encima de dicha temperatura θv (719)
( ) ( )vnovnn θθαθθαε θ minussdot+minussdot= 21 (719)
7416 Deslizamiento relativo entre nuacutecleo y aluminio en conductores tipo gap
El deslizamiento relativo entre acero y aluminio es modelizado mediante longitudes de referencia independientes para el nuacutecleo y el aluminio en la condicioacuten de referencia Esto permite tener en cuenta la diferente deformacioacuten que experimenta cada uno durante la instalacioacuten del conductor gap
7417 Fluencia durante la instalacioacuten
El meacutetodo propuesto permite reflejar con detalle la fluencia experimentada durante la instalacioacuten El meacutetodo calcula tanto la fluencia metaluacutergica como el asentamiento
geomeacutetrico del nuacutecleo y el aluminio El meacutetodo ha sido especialmente pensado para
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
183
determinar la fluencia en el caso de los conductores tipo gap considerando las
caracteriacutesticas especiales de instalacioacuten El meacutetodo tambieacuten se adapta a las
instalaciones en que se realiza un pretensado del conductor como puede ser el caso
de los conductores ACSS
7418 Tabla de tendido
El caacutelculo de traccioacuten de tendido se realiza para cada temperatura de la tabla de tendido Asiacute se tiene en cuenta el efecto de la temperatura de instalacioacuten en los conductores tipo gap
7419 Compresioacuten del aluminio en la transicioacuten
El meacutetodo propuesto permite modelizar la compresioacuten del aluminio en la transicioacuten El algoritmo de caacutelculo de condicioacuten limita la traccioacuten del aluminio a un
valor miacutenimo que puede ser cero en caso de que no se considere la compresioacuten del
aluminio o puede tener un valor negativo en caso de considerarlo
75 Metodologiacutea propuesta para el caacutelculo teacutermico
El caacutelculo de la ampacidad se basa en la ecuacioacuten de balance teacutermico (Fig 720) A
partir de la temperatura maacutexima admisible determinada en el caacutelculo mecaacutenico los
datos del conductor y las condiciones meteoroloacutegicas fijadas en los datos de partida se
calcula el enfriamiento por conveccioacuten y radiacioacuten y el calentamiento por radiacioacuten solar
por una parte (paso 222) y el valor de la resistencia en corriente alterna por otra (paso
221) A partir de estos valores se calcula mediante la ecuacioacuten de balance teacutermico el
valor de la intensidad de corriente el cual se corresponde con la ampacidad (paso
223)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
184
Fig 720 Caacutelculo teacutermico
Paso 221 Caacutelculo de la resistencia eleacutectrica en corriente alterna a la
temperatura maacutexima admisible
La resistencia en corriente alterna a la temperatura maacutexima admisible Rac(θmax) se
obtiene a partir de la resistencia en corriente continua a una determinada temperatura
Rdc(θRdc)
Para ello el primer paso consiste en determinar la resistencia en corriente continua a la
temperatura maacutexima admisible Rdc(θmax) a partir de Rdc(θRdc) y el coeficiente teacutermico de
la resistencia αR (720) En el caso del aluminio el valor de αR es 40310-3 ordmC-1
( ) ( ) ( )[ ]RdcRRdcdcdc RR θθαθθ minussdot+sdot= maxmax 1 (720)
Una vez determinada la resistencia en corriente continua a la temperatura maacutexima
admisible Rdc(θmax) se calcula la resistencia en corriente alterna Rac-skin (θmax)
considerando el efecto pelicular Para ello se propone utilizar las expresiones (537-38)
propuestas en el estaacutendar japoneacutes [JCS147A]
Finalmente se incrementa el valor de la resistencia teniendo en cuenta el incremento
de la resistencia en corriente alterna debido a las peacuterdidas magneacuteticas βm (721)
( ) ( ) ( )mskinacac RR βθθ +sdot= minus 1maxmax (721)
Las peacuterdidas magneacuteticas son despreciables en caso de que el conductor tenga dos
capas de alambres de aluminio (βm=0) En caso de que el conductor tenga una o tres
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
185
capas de alambres de aluminio sin embargo como se ha visto previamente las
peacuterdidas magneacuteticas deben tenerse en cuenta Lamentablemente como se ha visto en
el subapartado 532 el caacutelculo de las peacuterdidas magneacuteticas no es una cuestioacuten sencilla
y depende de las caracteriacutesticas especiacuteficas de cada conductor Ademaacutes el aumento
de las peacuterdidas magneacuteticas y por tanto de la resistencia depende del valor de la
intensidad de corriente Por ello no se propone una formulacioacuten especiacutefica como se ha
hecho para el caso del efecto pelicular Asiacute la definicioacuten del valor βm queda fuera del
alcance de esta tesis Su definicioacuten dependeraacute de los datos disponibles sobre el
conductor en cuestioacuten De todas formas en el subapartado 532 se han descrito
algunas pautas para su caacutelculo Como referencia las peacuterdidas debidas al nuacutecleo
magneacutetico en los conductores ACSR con nuacutecleo de acero galvanizado de una capa de
aluminio pueden ser superiores al 10 En el caso de tres capas de aluminio tienen un
aumento de resistencia entre el 1 y 6 En el caso de que los hilos de acero sean
recubiertos de aluminio el aumento de resistencia es menor La resistencia es entre un
4 y 10 menor que en un conductor anaacutelogo con hilos de acero galvanizado
Paso 222 Caacutelculo del enfriamiento por conveccioacuten y radiacioacuten y del
calentamiento por radiacioacuten solar
A partir de la temperatura maacutexima admisible determinada en el caacutelculo mecaacutenico y las
condiciones meteoroloacutegicas fijadas en los datos de partida se calcula el enfriamiento
por conveccioacuten Pc el enfriamiento por radiacioacuten Pr y el calentamiento por radiacioacuten
solar Ps
Para realizar este caacutelculo existen dos opciones o formulaciones propuestas Estas son
las formulaciones del meacutetodo CIGRE y del meacutetodo IEEE Teniendo en cuenta que
ambos dan resultados similares y que ambos son aceptados y utilizados en la
comunidad internacional en esta tesis no se va decantar por una de ellos sino que se
propone utilizar cualquiera de ellos
Paso 223 Caacutelculo de ampacidad
A partir de la ecuacioacuten (722) se despeja la intensidad de corriente que corresponde a
la ampacidad (723)
( ) rcsacac PPPRI +=+sdot max2 θ (722)
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
186
( )maxθac
srcac R
PPPI minus+= (723)
751 Meacutetodo de caacutelculo teacutermico propuesto aplicado a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
Como se mencionoacute en el apartado 63 los meacutetodos de caacutelculo teacutermico propuestos por
CIGREacute e IEEE presentan inconvenientes relacionados con el caacutelculo de la resistencia
eleacutectrica que representa las peacuterdidas por efecto Joule y las peacuterdidas magneacuteticas
Ninguno de los meacutetodos ofrece una adecuada formulacioacuten para la transformacioacuten de
Rdc a Rac que resulte ajustada a las caracteriacutesticas especiacuteficas de cada conductor
El meacutetodo propuesto de forma similar al meacutetodo CIGRE parte de la resistencia en
continua Rdc del conductor Posteriormente realiza la transformacioacuten a corriente alterna
de forma similar al meacutetodo CIGRE Sin embargo en lugar de generalizar resultados de
ciertos conductores especiacuteficos se propone una forma de caacutelculo que da como
resultado una mejor particularizacioacuten del resultado a cada tipo de conductor Asiacute se
diferencia el caacutelculo de las peacuterdidas por el efecto pelicular por una parte y el caacutelculo de
las peacuterdidas magneacuteticas por otra Para la mayor parte de conductores que son de dos
capas de alambres de aluminio basta con calcular las peacuterdidas por el efecto pelicular
Para los conductores con capas impares de alambres de aluminio deben calcularse las
peacuterdidas magneacuteticas
El meacutetodo propuesto no especifica la forma de calcular las peacuterdidas magneacuteticas en los
conductores con capas impares de alambres de aluminio Esto que puede parecer un
inconveniente en realidad pretende ser una ventaja Es decir en lugar de especificar
una generalizacioacuten como lo hace el meacutetodo CIGRE se prefiere dejar la puerta abierta a
posibles estudios que se hayan podido hacer con objeto de cuantificar el aumento de
peacuterdidas por el campo magneacutetico en el conductor en cuestioacuten En caso de no disponer
de dicha informacioacuten siempre queda la alternativa de aproximar su valor al valor que
tenga en otros conductores similares Como referencia las peacuterdidas debidas al nuacutecleo
magneacutetico en los conductores ACSR con nuacutecleo de acero galvanizado de una capa de
aluminio pueden ser superiores al 10 En el caso de tres capas de aluminio tienen un
aumento de resistencia entre el 1 y 6 En el caso de que los hilos de acero sean
recubiertos de aluminio el aumento de resistencia es menor La resistencia es entre un
4 y 10 menor que en un conductor anaacutelogo con hilos de acero galvanizado
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
187
76 Ejemplo de aplicacioacuten Repotenciacioacuten de liacutenea de 132 kV Alcira-Gandia de Iberdrola
761 Caracteriacutesticas de la liacutenea
Las caracteriacutesticas principales de la liacutenea son las siguientes
bull Conductor ACSR Hen
bull Zona A
bull Disentildeo a 50 ordmC
bull Vano criacutetico
o 350 m
o EDS (Final) 15 ordmC 22
o Flecha liacutemite a 50 ordmC 852 m
o Hipoacutetesis traccioacuten maacutexima (-5 ordmC y viento) 3320 kg
762 Conductores para la repotenciacioacuten
Para el estudio de la repotenciacioacuten se van a considerar aquellos conductores de altas
prestaciones teacutermicas de dimensiones similares al conductor original Asiacute los
conductores sobre los que se va a realizar el caacutelculo son los siguientes
bull ACSS Hen
bull ACSSTW Hawk (Equivalente en aacuterea a ACSR Hawk)
bull ACSSTW Calumet (Equivalente en diaacutemetro a ACSR Hawk)
bull ZTACIR Hen
bull GTACSR 265 Hen
bull ZTACCR Hawk
bull ACCCTW Hawk
763 Datos de partida
Condiciones de carga mecaacutenica maacutexima asociadas a condiciones
meteoroloacutegicas adversas seguacuten normativa
La carga mecaacutenica maacutexima seraacute el valor miacutenimo entre la carga maacutexima admisible por
los apoyos y la carga maacutexima establecida por la normativa espantildeola La carga maacutexima
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
188
admisible por los apoyos se obtiene a partir de las caracteriacutesticas de disentildeo y del
estudio de las condiciones reales de los apoyos En caso de no disponer de estos
datos un valor de referencia es la maacutexima carga que ejerce el conductor sustituido en
las condiciones meteoroloacutegicas adversas seguacuten normativa Este es el criterio que se va
a tomar para el caacutelculo Asiacute la carga mecaacutenica del conductor en la hipoacutetesis de viento
con las condiciones meteoroloacutegicas definidas en la norma para la zona A (temperatura
de -5 ordmC y presioacuten de viento de 50 kgm2) es de 3320 kg
Ademaacutes la carga maacutexima establecida por la normativa para cada conductor es igual a
la carga de rotura del conductor dividido por 25 Este valor se compara con los
3320 kg asociados al apoyo y se elige el de menor valor
Condiciones de carga mecaacutenica maacutexima asociadas a vibracioacuten eoacutelica
A falta del estudio de vibracioacuten eoacutelica y como las caracteriacutesticas ante vibraciones de los
conductores de altas prestaciones teacutermicas son tan buenas o mejores que los
conductores ACSR un valor de referencia es la limitacioacuten considerada para el
conductor sustituido La limitacioacuten considerada para el conductor ACSR sustituido ha
sido de un valor EDS de 22 para 15 ordmC
Vano
La longitud del vano es de 350 m y los apoyos estaacuten al mismo nivel
A falta de un estudio topograacutefico se toma como flecha maacutexima la asociada al conductor
sustituido En este caso el valor es de 852 m
Condiciones meteoroloacutegicas a considerar para determinacioacuten de ampacidad
Las condiciones meteoroloacutegicas que se consideran para la determinacioacuten de la
ampacidad son las mismas que las consideradas para el conductor sustituido Los
valores correspondientes por su ubicacioacuten a la liacutenea en cuestioacuten son los publicados en
[HID90] siguiendo el meacutetodo determiniacutestico La velocidad del viento es igual a 06 ms
la radiacioacuten solar 1000 Wm2 y la temperatura ambiente 16 ordmC para invierno y 34 ordmC
para verano
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
189
764 Caacutelculo mecaacutenico
Los valores obtenidos en los diversos pasos del caacutelculo mecaacutenico se muestran en el
Anexo 1 En la Tabla 71 se muestra el resultado final del caacutelculo final es decir la
temperatura maacutexima admisible Ademaacutes se muestra tambieacuten la temperatura de
transicioacuten En la Figura 721 se muestran los valores de flecha en funcioacuten de la
temperatura al final de la vida del conductor es decir a los 10 antildeos
Tabla 71 Temperatura maacutexima admisible y temperatura de transicioacuten finales
Temperatura maacutexima admisible (ordmC) Temperatura transicioacuten (ordmC)
ACSS Hen 26 46
ACSSTW Hawk -11 58
ACSSTW Calumet 6 57
ZTACIR Hen 53 70
GTACSR 265 Hen 89 16
ZTACCR Hawk 109 54
ACCCTW Hawk 175 49
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
10 30 50 70 90 110 130 150
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
ACSS HenZTACIR HenACCCTW HawkZTACCR HawkGTACSR 265 HenFlecha maacutexima
Fig 721 Flecha en funcioacuten de la temperatura
Aunque el objetivo del ejemplo realizado sea la visualizacioacuten de los pasos a seguir en
el caacutelculo se van a realizar una serie de comentarios sobre los resultados obtenidos
para los diferentes conductores
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
190
En primer lugar se debe tener en cuenta que los resultados obtenidos en el ejemplo no
son generalizables pues pueden cambiar para otros vanos con diferentes valores de
flecha liacutemite y condiciones liacutemite de traccioacuten
Llaman la atencioacuten los altos valores de flecha de los conductores ACSS Esto estaacute
relacionado a la menor resistencia a rotura de estos conductores que hace que el liacutemite
de traccioacuten de estos conductores sea menor Por ello la traccioacuten de instalacioacuten
tambieacuten se reduce de forma que la flecha de la instalacioacuten toma un valor considerable
Aunque al subir la temperatura se produce el aflojamiento del aluminio y se reduce el
coeficiente de expansioacuten del conductor la transicioacuten no llega lo suficientemente pronto
Como los ACSS tienen buenas caracteriacutesticas frente a vibraciones eoacutelicas es posible
que se pueda aumentar el liacutemite de traccioacuten por vibraciones utilizado para el ejemplo
con lo que se mejorariacutea el comportamiento del conductor desde el punto de vista de la
repotenciacioacuten
Otro de los conductores que no han dado buen resultado en la repotenciacioacuten del
ejemplo es el ZTACIR Aunque el coeficiente de expansioacuten del nuacutecleo es pequentildeo la
temperatura de transicioacuten se da a los 70 ordmC de forma que como el espacio permitido
por la flecha maacutexima no es muy amplio el liacutemite se alcanza antes de que se produzca
la transicioacuten
El conductor tipo gap GTACSR se muestra eficaz en la repotenciacioacuten Como la
temperatura de transicioacuten es aproximadamente igual a la temperatura de instalacioacuten el
aumento de flecha con la temperatura es menor que en el conductor ACSR
convencional y la temperatura maacutexima admisible es de 89 ordmC superior a los 50 ordmC del
conductor original
Por uacuteltimo destacan por su comportamiento los conductores de nuacutecleo de composite
Por una parte su ligereza y buena resistencia a traccioacuten hacen que la flecha inicial de
instalacioacuten sea reducida Ademaacutes el bajo coeficiente de expansioacuten del nuacutecleo junto
con la transicioacuten hacen que las temperaturas maacuteximas admisibles sean altas
Otra de los datos que llama la atencioacuten son los valores negativos de la fluencia por
asentamiento geomeacutetrico obtenidos para el conductor GTACSR (Anexo 1) Estos
valores no tienen sentido fiacutesico Son debidos a una incorrecta obtencioacuten de las curvas
tal y como se ha descrito en el subapartado 6224
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
191
765 Caacutelculo teacutermico
Los valores obtenidos en los diversos pasos del caacutelculo teacutermico se muestran en el
Anexo 1 En la Tabla 72 y 73 se muestra el resultado final del caacutelculo final es decir la
ampacidad Ademaacutes se muestra tambieacuten el porcentaje del incremento de ampacidad
asiacute como la temperatura maacutexima admisible en la que se basa el caacutelculo El caacutelculo del
enfriamiento por conveccioacuten y radiacioacuten y el calentamiento por la radiacioacuten solar se ha
realizado mediante la formulacioacuten propuesta en el meacutetodo CIGRE
Tabla 72 Ampacidad en verano (Temperatura ambiente 34 ordmC)
Temperatura maacutexima
admisible (ordmC) Ampacidad (A) Incremento ampacidad ()
ACSR Hen 50 316 0
ZTACIR Hen 53 355 12
GTACSR 265 Hen 89 728 130
ZTACCR Hawk 109 832 163
ACCCTW Hawk 175 1246 294
Tabla 73 Ampacidad en invierno (Temperatura ambiente 16 ordmC)
Temperatura maacutexima
admisible (ordmC) Ampacidad (A) Incremento ampacidad ()
ACSR Hen 50 551 0
ZTACIR Hen 53 559 1
GTACSR 265 Hen 89 847 54
ZTACCR Hawk 109 927 68
ACCCTW Hawk 175 1314 138
Evidentemente el incremento de ampacidad estaacute en relacioacuten con la temperatura
maacutexima admisible de cada conductor
Ademaacutes llama la atencioacuten la reduccioacuten que se produce entre el incremento de
ampacidad de verano a invierno La ampacidad aumenta de verano a invierno en todos
los casos Pero el aumento es mayor en aquellos conductores de menor temperatura
maacutexima admisible Es por ello que se produce la mencionada reduccioacuten ya que el
mayor aumento se produce en el conductor ACSR sustituido
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
192
77 Ejemplo de aplicacioacuten ampliado
Sobre el ejemplo presentado se van a realizar una serie de caacutelculos adicionales para
destacar algunas cuestiones de intereacutes
771 Influencia de la temperatura de instalacioacuten
En la tabla 74 se observan las temperaturas maacuteximas admisibles obtenidas para
varios conductores a diferentes temperaturas de instalacioacuten Si bien en general la
temperatura de instalacioacuten no afecta al comportamiento del conductor en el caso de
los conductores tipo gap la influencia es evidente como se observa en la Tabla 74 y la
Figura 722 Esto es debido al hecho de que la temperatura de transicioacuten depende de
la temperatura de instalacioacuten Por ello es importante realizar el caacutelculo de forma
independiente para cada temperatura de instalacioacuten como se ha especificado en el
subapartado 6218
Tabla 74 Temperatura maacutexima admisible a diferentes temperaturas de instalacioacuten
Temperatura maacutexima admisible (ordmC)
Instalacioacuten a 5 ordmC Instalacioacuten a 15 ordmC Instalacioacuten a 25 ordmC
ACSS Hen 26 26 26
ZTACIR Hen 53 53 53
GTACSR 265 Hen 106 89 74
ZTACCR Hawk 107 109 111
GTACSR Hen
6
65
7
75
8
85
9
95
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
5 ordmC15 ordmC25 ordmC
Fig 722 GTACSR con diferentes temperaturas de instalacioacuten
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
193
772 Coeficiente de expansioacuten variable
Los conductores con nuacutecleo de invar experimentan una variacioacuten brusca del coeficiente
de expansioacuten del nuacutecleo a una determinada temperatura En el caso de los
conductores ZTACIR a 100 ordmC el coeficiente de expansioacuten pasa de valer 2810-6 ordmC-1 a
valer 3610-6 ordmC-1 El cambio no es muy grande y apenas se nota para pequentildeas
variaciones de temperatura Sin embargo para altas temperaturas el efecto es
apreciable En la Figura 723 se observa la diferencia entre considerar el coeficiente de
expansioacuten variable o constante En el caso de considerarlo constante se ha tomado el
valor de 3610-6 ordmC-1 que es el valor maacutes conservador y el utilizado en el meacutetodo
ALCOA
70000
75000
80000
85000
90000
95000
100000
0 50 100 150 200 250
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
ZTACIR Hen Coef variableZTACIR Hen Coef constante
Fig 723 Comportamiento del conductor ZTACIR con coeficiente de expansioacuten teacutermica variable o
constante
En el ejemplo de aplicacioacuten realizado no se notariacutea la diferencia debido a que el liacutemite
de flecha es reducido y no permite que el conductor ZTACIR alcance altas
temperaturas Si el liacutemite de flecha fuese mayor la diferencia seriacutea apreciable como se
muestra en las Tablas 75 y 76 De todas formas la diferencia en flecha entre ambos
casos es de 10 cm valor que estaacute dentro de la incertidumbre asociada al caacutelculo
mecaacutenico Por tanto la diferencia no es muy importante
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
194
Tabla 75 Temperatura maacutexima admisible del conductor ZTACIR
Flecha maacutexima Temp maacutexima admisible (ordmC)
con coef de expansioacuten variable
Temp maacutexima admisible (ordmC) con
coef de expansioacuten constante
852 53 53
9 70 69
95 158 138
98 206 187
Tabla 76 Ampacidad del conductor ZTACIR
Flecha maacutexima Ampacidad verano(A)
con coef de expansioacuten variable
Ampacidad verano (A) (ordmC)
con coef de expansioacuten constante
852 355 355
9 543 534
95 1004 928
98 1209 1101
773 Momento en el que se dan las condiciones meteoroloacutegicas adversas
En el ejemplo de aplicacioacuten se ha supuesto que las condiciones meteoroloacutegicas
adversas se producen a los 5 antildeos En este apartado se va a analizar la diferencia en
los resultados en funcioacuten de cuaacutendo se den las citadas condiciones adversas Los
resultados se pueden ver en la Tabla 77 Se observa que las diferencias son
pequentildeas Las mayores diferencias se dan para el conductor ZTACCR Sin embargo
como se observa en la Figura 724 la diferencia en flecha es de 10 cm entre los casos
extremos por lo que estaacute dentro de la incertidumbre asociada al caacutelculo mecaacutenico
Tabla 77 Momento en el que se dan las condiciones meteoroloacutegicas adversas
Temperatura maacutexima admisible (ordmC)
Cond adver
a los 0 antildeos
Cond adver
a los 01 antildeos
Cond adver
a los 25 antildeos
Cond adver
a los 5 antildeos
Cond adver
a los 10 antildeos
ZTACIR Hen 54 53 53 53 53
GTACSR 265 Hen 89 89 89 89 89
ZTACCR Hawk 119 114 110 109 109
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
195
ZTACCR Hawk
60000
65000
70000
75000
80000
85000
90000
15 35 55 75 95 115 135
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
0 antildeos05 antildeos25 antildeos5 antildeos75 antildeos10 antildeos
Fig 724 Momento en el que se dan las condiciones meteoroloacutegicas adversas
774 Reposo durante la instalacioacuten en conductores tipo gap
El meacutetodo propuesto permite tener en cuenta el nuacutemero de horas que el conductor tipo
gap estaacute en reposo para que el aluminio se afloje antes de comprimir la uacuteltima grapa
En la Fig 725 se puede observar la diferencia obtenida para diferentes valores de
tiempo Para los diferentes casos se ha considerado una misma traccioacuten de instalacioacuten
Debido a que la fluencia metaluacutergica del acero es pequentildea la diferencia en los
resultados es pequentildea tambieacuten
GTACSR Hen
70000
75000
80000
85000
90000
95000
100000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
) Reposo 1hReposo 6hReposo 12hReposo 24h
Fig 725 Reposo durante la instalacioacuten de conductores tipo gap
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
196
775 Reposo durante la instalacioacuten en conductores no tipo gap
El meacutetodo propuesto permite modelizar tambieacuten el reposo de los conductores tipo gap
antes de comprimir la uacuteltima grapa Este procedimiento es recomendable para reducir
la fluencia que el conductor experimenta a lo largo de su vida Por ejemplo en
Iberdrola es praacutectica habitual en la instalacioacuten de los conductores ACSR Asiacute como
miacutenimo el conductor debe estar 8 horas reposando aunque se recomienda mantenerlo
al menos 12 horas y se da como valor ideal 48 horas
Para modelizar el reposo de los conductores tipo gap se deben realizar varios pasos
En primer lugar se realiza la instalacioacuten a la traccioacuten de instalacioacuten y se realiza el
caacutelculo seguacuten la Figura 710 A continuacioacuten se deja reposar un determinado nuacutemero
de horas Se aplica el meacutetodo propuesto de forma que se evaluacutea la fluencia metaluacutergica
que experimenta durante el reposo y se obtiene la traccioacuten final que va a ser menor
que la inicial antes del reposo Posteriormente el conductor se tensa a la traccioacuten
inicial antes de proceder a la compresioacuten de la grapa Para modelizar este paso lo que
se hace es recalcular la longitud de referencia Lo la cual ve reducido su valor debido al
retensado que se realiza despueacutes del reposo Lo que ocurre al retensar es que hay un
sobrante de una determinada longitud de conductor Comparando la longitud de la
catenaria antes y despueacutes del reposo y la longitud de referencia Lo antes del reposo se
puede calcular la nueva longitud de referencia por una simple regla de tres
En la Figura 726 se observa la influencia de la duracioacuten del reposo en un conductor
ZTACCR La traccioacuten de instalacioacuten es constante en todos los casos siendo la
duracioacuten del reposo el que modifica su valor de un caso a otro Se observa que como
resultado de un mayor reposo se obtiene una flecha final menor debido a la fluencia
inicial eliminada
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
197
ZTACCR Hawk
6
65
7
75
8
85
9
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
) Sin dormirReposo 8 hReposo 12 hReposo 48 h
Fig 726 Reposo durante la instalacioacuten de conductores no tipo gap
776 Fluencia a alta temperatura
Con objeto de visualizar la influencia que puede tener una explotacioacuten de la liacutenea a alta
temperatura en la fluencia del conductor se va a realizar el caacutelculo suponiendo que la
liacutenea trabaja una media de aproximadamente un par de horas al diacutea a una temperatura
de 120 ordmC Concretamente se va a suponer que el conductor estaacute a 120 ordmC el 10 del
tiempo a lo largo de su vida Como a esta temperatura el aluminio estaacute flojo la fluencia
va a afectar solamente al nuacutecleo Aunque la fluencia del nuacutecleo es pequentildea en el caso
de los nuacutecleos metaacutelicos el efecto de la temperatura hace que la fluencia desarrollada
por el nuacutecleo aumente considerablemente como se observa en las Figuras 727 y 728
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
198
GTACSR Hen
7
75
8
85
9
95
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
10 antildeos a Temperatura ambiente10 del tiempo a 120 ordmC
Fig 727 Conductor GTACSR a alta temperatura
ZTACIR Hen
7
75
8
85
9
95
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
10 antildeos a Temperatura ambiente10 del tiempo a 120 ordmC
Fig 728 Conductor ZTACIR a alta temperatura
777 Pretensado de conductores ACSS
Mediante el pretensado se consigue que el conductor experimente fluencia por
asentamiento antes de comprimir la grapa Asiacute se reduce el aumento de deformacioacuten
por fluencia por asentamiento a lo largo de la viacuteda de la liacutenea En la Figura 729 se
muestra el resultado final del ejemplo de aplicacioacuten sin pretensado y con un pretensado
igual al 50 de la traccioacuten de rotura del conductor La traccioacuten de instalacioacuten es igual
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
199
en ambos casos Se observa coacutemo al final de la vida la flecha es mayor en la liacutenea sin
pretensado debido a la fluencia desarrollada
ACSS Hen
60000
70000
80000
90000
100000
110000
120000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
Sin pretensadoCon Pretensado
Fig 729 Pretensado del conductor ACSS
78 Conclusiones
Analizados los inconvenientes de los meacutetodos de caacutelculo existentes se ha propuesto un
meacutetodo de caacutelculo de repotenciacioacuten que supera estas limitaciones La metodologiacutea se
ha dividido en diversos pasos con objeto de que se visualice de forma clara Tambieacuten
se han definido los paraacutemetros cuyo valor es necesario conocer para realizar el caacutelculo
Finalmente se ha realizado un ejemplo de aplicacioacuten
La metodologiacutea de caacutelculo comienza con el caacutelculo mecaacutenico que determina la maacutexima
temperatura admisible En primer lugar deben establecerse una serie de datos de
partida como las condiciones de carga mecaacutenica maacutexima asociadas a condiciones
adversas seguacuten normativa y a vibracioacuten eoacutelica la longitud del vano y la flecha maacutexima
Posteriormente se definen los valores de determinados paraacutemetros del conductor las
caracteriacutesticas del proceso de instalacioacuten y las etapas para el caacutelculo de la fluencia
Dentro de los paraacutemetros del conductor tiene especial importancia su respuesta a la
fluencia y por ello esta cuestioacuten se ha analizado en detalle Una vez definidos todos los
datos para realizar el caacutelculo mecaacutenico se aplica el algoritmo de caacutelculo mecaacutenico
propuesto
Capiacutetulo 7 Metodologiacutea propuesta para cuantificar la repotenciacioacuten mediante la sustitucioacuten por
conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
200
La metodologiacutea propuesta de caacutelculo mecaacutenico resuelve los inconvenientes de los
meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico aplicados a los conductores de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea El meacutetodo propuesto modeliza la transicioacuten en el
comportamiento del aluminio al realizar un anaacutelisis independiente de nuacutecleo y aluminio
y permite modelizar la compresioacuten del aluminio en la transicioacuten Tiene en cuenta la
temperatura del conductor a la hora de determinar la deformacioacuten por fluencia
metaluacutergica y considera de forma independiente la fluencia del aluminio y el nuacutecleo
Ademaacutes permite modelizar con detalle la fluencia experimentada durante la
instalacioacuten El meacutetodo modeliza la variacioacuten brusca del coeficiente de expansioacuten que
experimentan los conductores con nuacutecleo de invar El considerar longitudes de
referencia independientes para el nuacutecleo y el aluminio permite tener en cuenta la
diferente deformacioacuten que experimenta cada uno durante la instalacioacuten del conductor
tipo gap El caacutelculo de la traccioacuten de tendido se realiza para cada temperatura de la
tabla de tendido asiacute se tiene en cuenta el efecto de la temperatura de instalacioacuten en
los conductores tipo gap
A partir de la temperatura maacutexima admisible determinada en el caacutelculo mecaacutenico y las
condiciones meteoroloacutegicas a considerar en la determinacioacuten de la ampacidad que se
establecen como datos de partida se procede al caacutelculo teacutermico que da como
resultado el valor de ampacidad En primer lugar se definen los valores de
determinados paraacutemetros del conductor necesarios para el caacutelculo teacutermico
posteriormente se calcula el valor de la resistencia eleacutectrica y aplicaacutendose la ecuacioacuten
de balance teacutermico se obtiene el valor de la ampacidad
El ejemplo de aplicacioacuten presentado permite visualizar los datos y pasos necesarios
para realizar el caacutelculo de la repotenciacioacuten Ademaacutes sobre el ejemplo base se han
realizado una serie de modificaciones con objeto de destacar algunas cuestiones de
intereacutes como la influencia de la temperatura de instalacioacuten el coeficiente de expansioacuten
variable el momento en el que se dan las condiciones meteoroloacutegicas adversas la
duracioacuten del reposo del conductor durante la instalacioacuten la fluencia a alta temperatura
y el pretensado de conductores ACSS
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
201
CAPIacuteTULO 8 ANAacuteLISIS DE LA METODOLOGIacuteA PROPUESTA
81 Introduccioacuten
En la presente tesis se ha propuesto una metodologiacutea de caacutelculo de la repotenciacioacuten
mediante la sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha
pequentildea La propuesta se ha basado en un anaacutelisis previo de las necesidades
asociadas a estos conductores y en un estudio de los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico y
teacutermico aplicados a dichos conductores
La metodologiacutea propuesta se basa en el caacutelculo mecaacutenico y teacutermico de conductores
Por lo tanto la verificacioacuten del meacutetodo propuesto implica la verificacioacuten de los meacutetodos
de caacutelculo mecaacutenico y teacutermico propuestos
La verificacioacuten de una determinada metodologiacutea de caacutelculo se realiza generalmente
comparando los resultados obtenidos mediante el caacutelculo con resultados obtenidos
experimentalmente En el caso de la metodologiacutea propuesta la obtencioacuten de datos
experimentales asociados no resulta sencilla debido a que las monitorizaciones se
limitan a un breve periodo de tiempo donde se mide la variacioacuten de traccioacuten y flecha
con la variacioacuten de la temperatura del conductor Sin embargo en caso de querer
evaluar el efecto de la deformacioacuten por fluencia la monitorizacioacuten debe realizarse
durante un largo periodo de tiempo
Por lo tanto en lugar de realizar una comparacioacuten respecto a resultados
experimentales se va a realizar una comparacioacuten respecto a los resultados obtenidos
con los meacutetodos descritos en el estado del arte Asiacute ademaacutes de verificar la validez de
la metodologiacutea propuesta se visualizaraacuten sus virtudes respecto a los mencionados
meacutetodos
En primer lugar mediante un ejemplo se va a realizar la comparativa del caacutelculo de
ampacidad de un conductor tradicional y posteriormente se analizaraacute el
comportamiento de los meacutetodos aplicados a conductores de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea vieacutendose las limitaciones de los meacutetodos tradicionales y las
caracteriacutesticas de la metodologiacutea propuesta
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
202
82 Ejemplo de caacutelculo
Se va a realizar un ejemplo praacutectico con objeto de comparar las diferencias de los
resultados obtenidos mediante la metodologiacutea propuesta con respecto a los obtenidos
por otros meacutetodos existentes En este caso se va a realizar el caacutelculo sobre el
conductor original el conductor ACSR Hen
El caacutelculo se va a realizar sobre la liacutenea del ejemplo de aplicacioacuten presentado en el
apartado 76 Asiacute los datos de partida van a ser los mismos la carga mecaacutenica del
conductor en la hipoacutetesis de viento con las condiciones meteoroloacutegicas definidas en la
norma para la zona A (temperatura de -5 ordmC y presioacuten de viento de 50 kgm2) es de
3320 kg la limitacioacuten asociada a la vibracioacuten eoacutelica es de un valor EDS de 22 para
15 ordmC la longitud del vano es de 350 m y la flecha maacutexima es de 852 m Para la
determinacioacuten de la ampacidad se considera que la velocidad del viento es igual a
06 ms la radiacioacuten solar 1000 Wm2 y la temperatura ambiente 16 ordmC para invierno y
34 ordmC para verano
821 Caacutelculo mecaacutenico
El caacutelculo mecaacutenico se va a realizar mediante el meacutetodo propuesto en la tesis el
meacutetodo ALCOA y el meacutetodo que considera al conductor en su conjunto Debido a que
en el meacutetodo propuesto y el meacutetodo ALCOA la fluencia desarrollada se expresa en
unidades de deformacioacuten y en el caso del meacutetodo que considera al conductor en su
conjunto eacutesta se expresa por la temperatura equivalente a dicha deformacioacuten para
poder comparar los resultados de deformacioacuten por fluencia es necesario uniformizar la
forma de representarlo Asiacute en todos los casos se va a representar mediante la
temperatura equivalente Por ello antes de presentar los resultados obtenidos en el
caacutelculo mecaacutenico se va a describir el procedimiento seguido para la obtencioacuten de la
temperatura equivalente de fluencia en el caso del meacutetodo propuesto y el meacutetodo
ALCOA
8211 Caacutelculo de la temperatura equivalente de fluencia
La temperatura equivalente de fluencia representa la deformacioacuten por fluencia del
conductor en un periodo determinado de tiempo que generalmente suele ser desde la
instalacioacuten hasta el final de la vida de la liacutenea
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
203
La metodologiacutea propuesta va calculando la fluencia del aluminio y el nuacutecleo en las
distintas etapas de la vida del conductor en la liacutenea Por lo tanto mediante la diferencia
del valor de la deformacioacuten por fluencia al final de la vida y del valor despueacutes de la
instalacioacuten se obtiene la deformacioacuten desarrollada por el aluminio por una parte y por
el nuacutecleo por otra
Los valores de la deformacioacuten desarrollada por el aluminio y por el nuacutecleo son
diferentes Debido a ello se produce una transferencia de carga mecaacutenica hacia
aquella parte que haya experimentado una menor deformacioacuten por fluencia Por ello
se produce una diferencia relativa en la deformacioacuten por traccioacuten mecaacutenica del nuacutecleo Tnε∆ y el aluminio T
aε∆
Para una determinada temperatura del conductor la diferencia de deformacioacuten desde
la instalacioacuten hasta el final de la vida del conductor debido a fluencia y a traccioacuten es
igual en el aluminio el nuacutecleo y el conductor (81)
TfmT
nfm
nTa
fma εεεεεε ∆+∆=∆+∆=∆+∆ (81)
A partir de la ecuacioacuten (81) para una determinada temperatura del conductor se
pueden calcular todos los valores de forma que la uacutenica incoacutegnita sea la temperatura
equivalente de fluencia Teq (82)
ETT
AET
AET
eqnn
nfmn
aa
afma
∆+sdot=
sdot∆
+∆=sdot
∆+∆ αεε (82)
El caacutelculo de la temperatura equivalente de fluencia en el meacutetodo ALCOA se calcula de
forma similar La uacutenica diferencia es que asiacute como en la metodologiacutea propuesta los
valores de la deformacioacuten por fluencia traccioacuten y temperatura se realizan de forma
independiente en el meacutetodo ALCOA se calculan de forma conjunta Por lo tanto para
obtener la deformacioacuten por fluencia se debe substraer la deformacioacuten debido a
temperatura y traccioacuten Si el caacutelculo se realiza para una determinada temperatura del
conductor se elimina la deformacioacuten por temperatura pues eacutesta no variacutea Asiacute basta
con calcular la deformacioacuten por traccioacuten para obtener la deformacioacuten por fluencia y
finalmente la temperatura equivalente
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
204
8212 Resultados del caacutelculo mecaacutenico
Los resultados obtenidos en el caacutelculo mecaacutenico se reflejan en la Figura 81 y la Tabla
81 En la Figura 81 se muestra la variacioacuten de la flecha con la temperatura al final de
la vida de la liacutenea para los tres meacutetodos analizados En la Tabla 81 se muestra para
cada meacutetodo el valor de la fluencia la traccioacuten de instalacioacuten la temperatura de
transicioacuten y la temperatura maacutexima admisible
ACSR Hen
70000
80000
90000
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
) Propuesto Fluencia+CargaALCOA FluenciaCond en su conjuntoFlecha maacutexima
Fig 81 Comparacioacuten entre los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico
Tabla 81 Comparacioacuten entre los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico
Metodologiacutea
propuesta
Meacutetodo
ALCOA
Meacutetodo cond
en su conjunto
Temperatura equivalente de fluencia
Teq (ordmC) 347 301 15
Traccioacuten de instalacioacuten a 15 ordmC (kg) 2937 2852 2595
Temperatura de transicioacuten (ordmC) 45 54 No se modeliza
Temperatura maacutex admisible (ordmC) 54 50 50
Todos los meacutetodos analizados proporcionan resultados ideacutenticos para el
comportamiento del conductor por debajo de la temperatura de transicioacuten al final de la
vida de la liacutenea Esto es debido a las condiciones liacutemite de traccioacuten maacutexima que hacen
que sea cual sea el meacutetodo la traccioacuten maacutexima al final para una determinada
temperatura tenga el mismo valor Asiacute a 15 ordmC la traccioacuten final es de 2380 kg en todos
los casos
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
205
Sin embargo la modelizacioacuten realizada por los diferentes meacutetodos no es la misma
debido a que cada uno da como resultado un valor de deformacioacuten por fluencia
diferente Esto se observa en los valores de las temperaturas equivalentes de fluencia
Teq (Tabla 81) Un mayor valor de fluencia da como resultado una mayor traccioacuten de
instalacioacuten (Tabla 81) Ademaacutes como la fluencia del aluminio es mayor otro resultado
de una mayor fluencia es una menor temperatura de transicioacuten como se observa en la
Figura 81 y la Tabla 81 En este sentido se debe tener en cuenta que el meacutetodo que
considera al conductor en su conjunto no modeliza esta transicioacuten
Las diferencias observadas en la determinacioacuten de la fluencia son debidas a los
siguientes factores
bull El meacutetodo que considera al conductor en su conjunto considera una fluencia de
15 ordmC para todas las liacuteneas de la compantildeiacutea eleacutectrica que en este caso es
Iberdrola Este valor es una aproximacioacuten pues la fluencia real dependeraacute del
nivel de carga y de las condiciones meteoroloacutegicas que experimente el
conductor a lo largo de su vida
bull El meacutetodo ALCOA considera de forma paralela la fluencia por asentamiento y la
fluencia metaluacutergica y se queda con el mayor valor En el ejemplo el mayor
valor corresponde a la fluencia metaluacutergica La fluencia metaluacutergica se calcula
suponiendo que el conductor permanece diez antildeos con una temperatura del
conductor igual a la temperatura ambiente El resultado en el ejemplo es una
fluencia equivalente a 301 ordmC Este valor es el doble que el que considera
Iberdrola para el caacutelculo
bull El meacutetodo propuesto en esta tesis permite considerar tantas etapas como se
precise En el ejemplo se ha seguido el criterio del meacutetodo ALCOA aunque con
alguna diferencia La diferencia consiste en que en lugar de modelizar de forma
paralela la fluencia por asentamiento y la fluencia metaluacutergica se han
considerado las dos para el caacutelculo Por ello y porque debido a que el meacutetodo
propuesto parte de la traccioacuten inicial y la va recalculando a medida que se
produce la deformacioacuten la fluencia metaluacutergica es algo mayor Asiacute la fluencia
en el ejemplo es el equivalente a 347 ordmC
Como resultado de la fluencia estimada por el meacutetodo de caacutelculo ALCOA y el
propuesto la temperatura de transicioacuten se aproxima a los 50 ordmC que corresponden a la
temperatura maacutexima admisible del conductor En el caso del meacutetodo propuesto la
temperatura de transicioacuten es menor que 50 ordmC y por ello desde la temperatura de
transicioacuten hasta los 50 ordmC el coeficiente de expansioacuten del conductor se reduce dando
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
206
como resultado una temperatura de transicioacuten de 54 ordmC superior a los 50 ordmC
determinados originalmente
822 Caacutelculo teacutermico
A partir de la temperatura maacutexima admisible (Tabla 81) se obtiene el valor de la
ampacidad Para ello se debe calcular la resistencia en corriente alterna del conductor
a la temperatura maacutexima admisible En este caacutelculo es donde se diferencia el meacutetodo
propuesto respecto a los meacutetodos CIGRE e IEEE El conductor del ejemplo tiene dos
capas de aluminio por lo que las peacuterdidas magneacuteticas en el nuacutecleo se consideran
despreciables En la Tabla 82 se observan los valores de resistencia eleacutectrica en
corriente alterna obtenidos por los tres meacutetodos para la temperatura de 50 ordmC Se
observa que los valores obtenidos son casi ideacutenticos Para el caacutelculo de la ampacidad
el caacutelculo del enfriamiento por conveccioacuten y radiacioacuten y el calentamiento por la
radiacioacuten solar se ha realizado mediante la formulacioacuten propuesta en el meacutetodo
CIGRE
Tabla 82 Comparacioacuten entre los meacutetodos de caacutelculo teacutermico en el caacutelculo de resistencia eleacutectrica
Metodologiacutea
propuesta
Meacutetodo
CIGRE
Meacutetodo
IEEE
Rac a 50 ordmC (Ωm) 01303 01306 01305
Ampacidad verano (A) 316 316 316
Ampacidad invierno (A) 551 550 551
En la Tabla 83 se observa el valor de la ampacidad para las temperaturas admisibles
obtenidas en el caacutelculo mecaacutenico para cada uno de los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico
Tabla 83 Comparacioacuten entre los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico en el caacutelculo de ampacidad
Metodologiacutea
propuesta
Meacutetodo
ALCOA
Meacutetodo
cond en su
conjunto
Temperatura maacutex admisible (ordmC) 54 50 50
Ampacidad verano (A) 381 316 316
Ampacidad invierno (A) 588 551 551
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
207
83 Comparacioacuten del meacutetodo propuesto con el meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico que considera al conductor en su conjunto
831 Diferencias cualitativas entre los meacutetodos
Las principales diferencias entre el meacutetodo que considera al conductor en su conjunto y
el meacutetodo propuesto estaacuten asociadas a la forma de modelizar la fluencia y a la
consideracioacuten del conductor en su conjunto o diferenciando aluminio y nuacutecleo
8311 Fluencia
El meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico que considera al conductor en su conjunto representa
la deformacioacuten por fluencia mediante la deformacioacuten teacutermica asociada a un
determinado incremento de temperatura En el caso del sistema eleacutectrico espantildeol para
Iberdrola este incremento es de 15 ordmC para los conductores ACSR
independientemente de la zona o el nivel de tensioacuten mientras que para REE el
incremento es de 10 ordmC
El meacutetodo propuesto se basa en ensayos de fluencia realizados sobre cada conductor
Posteriormente considera etapas de condiciones que representen la vida de la liacutenea y
calcula la fluencia a partir de la temperatura y esfuerzo del conductor en esas etapas
Por lo tanto el meacutetodo propuesto permite una cuantificacioacuten de la deformacioacuten por
fluencia que se ajusta mejor a las caracteriacutesticas de cada conductor y a las condiciones
que experimente cada liacutenea
8312 Nuacutecleo y aluminio
El meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico que considera al conductor en su conjunto no
diferencia la traccioacuten del nuacutecleo y el aluminio Por tanto el coeficiente de expansioacuten y
moacutedulo elaacutestico es siempre el equivalente al conductor completo y es un valor
intermedio entre el valor del nuacutecleo y el del aluminio
El meacutetodo de caacutelculo propuesto diferencia la traccioacuten del nuacutecleo y el aluminio Por
tanto es capaz de modelizar el aflojamiento del aluminio y en este caso considera para
el coeficiente de expansioacuten y el moacutedulo elaacutestico los valores del nuacutecleo Por ello al ser
el coeficiente de expansioacuten teacutermica del nuacutecleo menor que la del conductor el valor de
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
208
traccioacuten calculado al aumentar la temperatura es mayor que con el meacutetodo que
considera al conductor en su conjunto y el valor de flecha menor
832 Diferencias cuantitativas entre los meacutetodos mediante ejemplos de caacutelculo
Por una parte se van a cuantificar las diferencias en los resultados debidas a la
consideracioacuten del conductor en su conjunto o diferenciando aluminio y nuacutecleo Por otra
parte se va a representar mediante una equivalencia en temperatura la fluencia
experimentada por diversos conductores en diversos casos con objeto de comparar el
resultado con el valor de referencia utilizado en el sistema eleacutectrico espantildeol
8321 Nuacutecleo y aluminio
Para cuantificar las diferencias en los resultados debidas a la consideracioacuten del
conductor en su conjunto o diferenciando aluminio y nuacutecleo en los dos casos se va a
partir de una misma condicioacuten de referencia a temperatura ambiente y se va a
aumentar la temperatura para observar las diferencias obtenidas entre ambos meacutetodos
(Fig 82 a 86) Se observa que por debajo de la temperatura de transicioacuten ambos
meacutetodos proporcionan resultados similares mientras que es a partir de que el aluminio
queda flojo cuando se observa la diferencia A medida que aumenta la temperatura
aumenta la diferencia Por lo tanto el error asociado al meacutetodo que considera al
conductor en su conjunto es mayor cuanto mayor se aleje la temperatura maacutexima
admisible respecto de la temperatura de transicioacuten
ACSS Hen
80000
85000
90000
95000
100000
105000
110000
115000
120000
125000
130000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
PropuestoConductor en su conjunto
Fig 82 Conductor ACSS
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
209
ZTACIR Hen
70000
75000
80000
85000
90000
95000
100000
105000
110000
115000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
PropuestoConductor en su conjunto
Fig 83 Conductor ZTACIR
ACCCTW Hawk
60000
70000
80000
90000
100000
110000
120000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
PropuestoConductor en su conjunto
Fig 84 Conductor ACCCTW
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
210
ZTACCR Hawk
60000
70000
80000
90000
100000
110000
120000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
PropuestoConductor en su conjunto
Fig 85 Conductor ZTACCR
GTACSR Hen
700
800
900
1000
1100
1200
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
PropuestoConductor en su conjunto
Fig 86 Conductor GTACSR
Suponiendo que el liacutemite de flecha es tal que el conductor alcanza la temperatura
maacutexima que puede soportar la diferencia en el valor de flecha que se obtendriacutea en el
ejemplo viene dada en la Tabla 84 Se observa que las diferencias son enormes muy
por encima de la incertidumbre asociada al caacutelculo mecaacutenico
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
211
Tabla 84 Diferencias de flecha
Temperatura del
conductor (ordmC)
Diferencia
flecha (m)
ACSS Hen 200 197
ZTACIR Hen 210 288
GTACSR 265 Hen 150 273
ZTACCR Hawk 210 353
ACCCTW Hawk 175 446
8322 Fluencia
Se va a representar mediante una temperatura equivalente la fluencia experimentada
por diversos conductores con objeto de comparar el resultado con el valor de 15 ordmC de
referencia utilizado por Iberdrola Si se representan los valores de fluencia obtenidos
en el ejemplo de aplicacioacuten descrito en el subapartado 76 mediante una temperatura
equivalente se obtienen los resultados que se muestran en la Tabla 85
Tabla 85 Temperatura equivalente de fluencia del ejemplo de aplicacioacuten
Temperatura equivalente
de fluencia (ordmC)
ACSR Hen 347
ACSS Hen 204
ZTACIR Hen 168
GTACSR 265 Hen 12
ZTACCR Hawk 284
ACCCTW Hawk 408
Se observa una gran variedad de valores diferentes desde un pequentildeo valor de 12 ordmC
para el conductor GTACSR hasta una valor mayor de 408 ordmC para el conductor
ACCCTW En el caso del conductor GTACSR la fluencia desarrollada es muy pequentildea
debido a que el aluminio estaacute flojo desde la instalacioacuten En el caso del conductor
ACCCTW el bajo valor del coeficiente de expansioacuten teacutermica colabora en el hecho de
que la temperatura necesaria para reflejar la deformacioacuten experimentada tenga un alto
valor
Llama la atencioacuten tambieacuten el valor obtenido para el conductor ACSR El valor de
347 ordmC es considerablemente mayor que los 15 ordmC utilizados por Iberdrola Por lo
tanto el criterio utilizado en el sistema eleacutectrico espantildeol considera una fluencia menor
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
212
que el dado seguacuten el criterio del meacutetodo ALCOA que al fin y al cabo aunque se base
en datos experimentales no deja de ser una simplificacioacuten arbitraria
833 Conclusiones
Se han visualizado las dos debilidades principales del meacutetodo que considera al
conductor en su conjunto Por un parte no es capaz de modelizar el hecho de que el
aluminio quede flojo Por otra parte la fluencia viene predeterminada y no tiene un
mecanismo que haga que este valor se adapte a las condiciones de la liacutenea y el
conductor
Por una parte se ha observado el error que proporciona el meacutetodo que considera al
conductor en su conjunto por encima de la temperatura de transicioacuten Proporciona un
valor de flecha mayor que el real y el error es mayor cuanto mayor es la diferencia de
temperatura entre la temperatura del conductor y la temperatura de transicioacuten
Por otra parte se ha visualizado la disparidad de valores obtenidos para la temperatura
equivalente que representa la fluencia de los diversos conductores considerados en el
ejemplo de aplicacioacuten Estos resultados evidencian la necesidad de realizar un estudio
especiacutefico para cada conductor de forma similar al que se realizoacute en su diacutea para
determinar la fluencia de 15 ordmC para el conductor ACSR en el caso de querer
modelizar estos conductores mediante este meacutetodo
84 Comparacioacuten del meacutetodo propuesto con el meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico ALCOA
841 Diferencias cualitativas entre los meacutetodos
Existen varias similitudes entre el meacutetodo propuesto para el caacutelculo mecaacutenico y el
meacutetodo ALCOA Ambos meacutetodos consideran un comportamiento independiente del
nuacutecleo y aluminio y determinan el valor de la fluencia a partir de datos experimentales
Por lo tanto ambos meacutetodos modelizan la transicioacuten donde el aluminio se queda flojo
incluyendo ademaacutes la posible compresioacuten del aluminio en dicha modelizacioacuten
Sin embargo existen varias diferencias entre ambos meacutetodos que hacen inclinar la
balanza hacia el meacutetodo propuesto desde el punto de vista de una modelizacioacuten maacutes
ajustada al comportamiento real
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
213
8411 Flexibilidad en considerar etapas de fluencia
La principal virtud de la metodologiacutea propuesta es la modelizacioacuten de la fluencia por
etapas que permite calcular la fluencia desarrollada durante cierto periodo o etapa en
la vida de la liacutenea en funcioacuten de la fluencia desarrollada previamente Esta
modelizacioacuten se ha incluido pensando en el proceso de instalacioacuten de los conductores
tipo gap y en el pretensado que pueden sufrir los conductores ACSS Sin embargo
ademaacutes de en la instalacioacuten tambieacuten resulta uacutetil para evaluar la fluencia a lo largo de la
vida del conductor Por ejemplo permite la modelizacioacuten conjunta de la fluencia
metaluacutergica y la fluencia por asentamiento geomeacutetrico cuestioacuten que en el meacutetodo
ALCOA se modeliza y cuantifica de forma independiente Ademaacutes el meacutetodo abre las
puertas a considerar tantas etapas diferentes como se desee en lugar de limitar la
fluencia metaluacutergica a una uacutenica etapa a temperatura ambiente tal y como lo hace el
meacutetodo ALCOA
8412 Modelizacioacuten de instalacioacuten de conductores tipo gap
La flexibilidad para considerar etapas de fluencia se refleja en la modelizacioacuten de la
instalacioacuten de conductores tipo gap El meacutetodo propuesto realizar una modelizacioacuten
que incluye los diversos pasos de la instalacioacuten El meacutetodo ALCOA realiza una
simplificacioacuten de forma que no considera que el aluminio ha estado sometido a traccioacuten
durante la instalacioacuten ni el tiempo que haya podido estar el nuacutecleo de acero tendido
antes de realizar la grapa de amarre El resultado es que en el meacutetodo propuesto la
fluencia inicial del aluminio y del nuacutecleo es mayor que en el meacutetodo ALCOA
8413 Modelizacioacuten de fluencia a alta temperatura
El meacutetodo propuesto realiza una modelizacioacuten maacutes detallada de la deformacioacuten por
fluencia metaluacutergica en funcioacuten de la temperatura que la utilizada en el meacutetodo ALCOA
En el meacutetodo ALCOA se considera al conductor en su conjunto calculaacutendose la
fluencia en funcioacuten del esfuerzo total del conductor El meacutetodo propuesto considera
para el caacutelculo de la fluencia un comportamiento independiente del nuacutecleo y aluminio
de forma que cada uno de ellos se cuantifica en funcioacuten del esfuerzo correspondiente
Esta modelizacioacuten independiente permite una modelizacioacuten maacutes precisa para todos los
conductores pero es especialmente importante para los conductores tipo gap debido a
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
214
que en estos la proporcioacuten de la traccioacuten en el nuacutecleo respecto a la traccioacuten total en el
conductor es mayor que en el resto de conductores debido a su especial instalacioacuten
Ademaacutes la modelizacioacuten utilizada en ALCOA es una generalizacioacuten para todos los
conductores mientras que el meacutetodo propuesto permite una modelizacioacuten adaptada a
cada conductor
8414 Coeficiente de expansioacuten teacutermica variable
El meacutetodo propuesto tiene en cuenta la variacioacuten brusca del coeficiente de expansioacuten
teacutermica a una cierta temperatura El meacutetodo ALCOA sin embargo es riacutegido en este
sentido y solamente permite especificar un uacutenico valor del coeficiente de expansioacuten
teacutermica que se aplica a todo el rango de temperatura
842 Diferencias cuantitativas entre los meacutetodos mediante ejemplos de caacutelculo
Con objeto de visualizar las diferencias entre el meacutetodo propuesto y el meacutetodo ALCOA
se va a suponer una misma traccioacuten de instalacioacuten para ambos meacutetodos
Posteriormente la traccioacuten de instalacioacuten se dejaraacute libre para que la determine el
algoritmo seguacuten los liacutemites establecidos con objeto de determinar las diferencias en
ampacidad
8421 Considerando misma traccioacuten de instalacioacuten
En las Figuras 87 a 811 se observa la evolucioacuten de la flecha con la temperatura de
varios conductores a los 10 antildeos Para cada conductor se presentan cinco curvas Tres
de ellas corresponden al meacutetodo propuesto y dos al meacutetodo ALCOA Dentro del
meacutetodo propuesto ademaacutes de considerar conjuntamente la fluencia metaluacutergica y las
condiciones de carga que derivan en fluencia por asentamiento geomeacutetrico se han
considerado tambieacuten de forma separada para compararlas con los casos anaacutelogos del
meacutetodo ALCOA Para la obtencioacuten de las cinco curvas se ha supuesto el mismo valor
de traccioacuten de instalacioacuten para todas ellas
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
215
ACSS Hen
80000
85000
90000
95000
100000
105000
110000
115000
120000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
) Propuesto Fluencia+CargaPropuesto FluenciaPropuesto CargaALCOA FluenciaALCOA Carga
Fig 87 Conductor ACSS
ZTACIR Hen
700
750
800
850
900
950
1000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
) Propuesto Fluencia+CargaPropuesto FluenciaPropuesto CargaALCOA FluenciaALCOA Carga
Fig 88 Conductor ZTACIR
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
216
ZTACCR Hawk
500
550
600
650
700
750
800
850
900
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
) Propuesto Fluencia+CargaPropuesto FluenciaPropuesto CargaALCOA FluenciaALCOA Carga
Fig 89 Conductor ZTACCR
ACCCTW Hawk
60000
62000
64000
66000
68000
70000
72000
74000
76000
78000
80000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
Propuesto Fluencia+CargaPropuesto FluenciaPropuesto CargaALCOA FluenciaALCOA Carga
Fig 810 Conductor ACCCTW
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
217
GTACSR Hen
60000
65000
70000
75000
80000
85000
90000
95000
100000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Fleh
a (m
)
Propuesto Fluencia+CargaPropuesto FluenciaPropuesto CargaALCOA FluenciaALCOA Carga
Fig 811 Conductor GTACSR
En el caso del conductor ACSS Hen (Fig 87) como el fabricante ha considerado no
modelizar la fluencia metaluacutergica se obtienen resultados ideacutenticos mediante el meacutetodo
propuesto al considerar fluencia metaluacutergica y carga a la vez y al considerar
uacutenicamente la carga Ademaacutes tambieacuten coincide con el resultado obtenido mediante el
meacutetodo ALCOA con carga Por otra parte tambieacuten coinciden las curvas del meacutetodo
propuesto con fluencia y el meacutetodo ALCOA con fluencia
Se observa para el conductor mencionado y para el resto de conductores tambieacuten una
diferencia inicial es decir a temperatura ambiente en los valores de flecha de las
diferentes curvas Como la traccioacuten de instalacioacuten es comuacuten para todas ellas la
diferencia de flecha se debe a la fluencia experimentada por el conductor tanto
metaluacutergica como por asentamiento geomeacutetrico Ademaacutes fundamentalmente es la
fluencia del aluminio la que tiene mayor peso como se observa para altos valores de
temperatura donde al quedar el aluminio flojo desaparece el efecto de la fluencia del
aluminio y los valores de flecha son similares Las diferencias de flecha a altas
temperaturas por encima de la temperatura de transicioacuten son debidas exclusivamente
a la fluencia del nuacutecleo Como la fluencia del nuacutecleo es pequentildea las diferencias son
pequentildeas
Si se comparan los resultados entre el meacutetodo propuesto con fluencia y el meacutetodo
ALCOA con fluencia el valor de la fluencia es algo superior mediante el meacutetodo
propuesto La razoacuten es que en el meacutetodo ALCOA se supone que ha estado durante el
periacuteodo de tiempo en este caso de 10 antildeos a la traccioacuten final con la que se queda
despueacutes de experimentar la fluencia El meacutetodo propuesto en cambio parte de la
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
218
traccioacuten inicial y la va recalculando a medida que se produce la deformacioacuten Asiacute al
estar el conductor sometido a mayores valores de traccioacuten en el meacutetodo propuesto la
fluencia metaluacutergica es mayor Esta diferencia se observa claramente en las Figuras
89 y 810
De forma similar si se comparan los resultados entre el meacutetodo propuesto con carga y
el meacutetodo ALCOA con carga el valor de la fluencia es algo superior mediante el
meacutetodo propuesto La razoacuten es que el meacutetodo propuesto suma el tiempo de la
condicioacuten de carga al tiempo de instalacioacuten En el ejemplo es una hora de instalacioacuten y
una hora de condicioacuten de carga dos horas en total La fluencia metaluacutergica se evaluacutea
sobre estas dos horas En el meacutetodo ALCOA en cambio se considera la condicioacuten de
carga como si fuese la condicioacuten inicial es decir como si la instalacioacuten se hiciese en las
condiciones de carga Por ello el tiempo total es una hora y la fluencia metaluacutergica es
menor que en el meacutetodo propuesto Esta diferencia se observa en la Figura 810 En
otros casos como en la Figura 89 la diferencia es inapreciable
En el caso del conductor ZTACIR hay un factor adicional que diferencia al meacutetodo
propuesto y el meacutetodo ALCOA Se trata del coeficiente de expansioacuten teacutermica que en el
meacutetodo propuesto variacutea a los 100 ordmC y en el meacutetodo ALCOA es constante
escogieacutendose el mayor valor Esto hace que la flecha de las curvas obtenidas mediante
el meacutetodo ALCOA sea algo mayor como se ha visto previamente en el apartado 772
En el caso del conductor GTACSR tambieacuten hay un factor adicional que diferencia al
meacutetodo propuesto y el meacutetodo ALCOA Como se ha comentado previamente el
meacutetodo ALCOA realiza una simplificacioacuten de forma que no considera que el aluminio
ha estado sometido a traccioacuten durante la instalacioacuten ni el tiempo que haya podido estar
el nuacutecleo de acero tendido antes de realizar la grapa de amarre El resultado es que en
el meacutetodo propuesto la fluencia inicial del aluminio y nuacutecleo es mayor que en el meacutetodo
ALCOA De todas formas por encima de la temperatura de transicioacuten no se nota la
mayor fluencia inicial del aluminio ya que este estaacute flojo La mayor fluencia inicial del
acero siacute se refleja pero su influencia es pequentildea como se ha visto en el subapartado
774 La fluencia experimentada por el aluminio durante la instalacioacuten se refleja por
debajo de la temperatura de transicioacuten Esto se puede observar en la Tabla 86 donde
se comparan los resultados para la condicioacuten de flecha maacutexima con la hipoacutetesis de
viento Se observa que en el meacutetodo propuesto la traccioacuten del aluminio es mayor
debido a que el aflojamiento del aluminio que considera el meacutetodo ALCOA en el caacutelculo
ha sido considerado y eliminado previamente El resultado es que el meacutetodo ALCOA
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
219
sobrestima el valor de la flecha cuando el aluminio soporta carga En el ejemplo la
diferencia de flecha es de alrededor de 20 cm Este error tendraacute influencia cuando la
flecha esteacute limitada por la hipoacutetesis de hielo o viento seguacuten se contempla en la
normativa espantildeola ademaacutes de la hipoacutetesis de temperatura [RAT08]
Tabla 86 Flecha maacutexima ndash Hipoacutetesis viento
Ta (kg) Tn (kg) T (kg) f (m) Propuesto 471 2534 3005 802
ALCOA 258 2665 2923 825
8422 Libertad para la traccioacuten de instalacioacuten
En el subapartado anterior se ha supuesto una misma traccioacuten de instalacioacuten y se han
comparado las diferencias entre el meacutetodo propuesto y el meacutetodo ALCOA En realidad
en el caacutelculo mecaacutenico la traccioacuten de instalacioacuten es la variable de iteracioacuten y se
maximiza con la condicioacuten de cumplir con las condiciones de maacutexima traccioacuten En este
subapartado se va a realizar el caacutelculo mecaacutenico de la forma habitual es decir
iterando sobre la traccioacuten de instalacioacuten
Los resultados obtenidos se observan en las Figuras 812 a 816 El meacutetodo propuesto
considera tanto la fluencia metaluacutergica como las condiciones de carga Entre las dos
condiciones a evaluar en el meacutetodo ALCOA carga y fluencia se ha elegido aquella
que proporciona una flecha mayor
Como en el ejemplo las condiciones de carga mecaacutenica maacutexima se evaluacutean al final de
la vida de la liacutenea y en estas condiciones generalmente tanto el aluminio como el
nuacutecleo soportan traccioacuten cuanto mayor sea la fluencia experimentada por el aluminio
durante la vida de la liacutenea mayor podraacute ser la traccioacuten de instalacioacuten Es decir cuanto
maacutes se afloje el conductor para una misma traccioacuten final mayor tendraacute que ser la
traccioacuten inicial Una mayor traccioacuten inicial a su vez hace que el nuacutecleo tenga una mayor
traccioacuten final Una mayor traccioacuten final del nuacutecleo hace que la flecha sea menor y la
temperatura maacutexima admisible mayor
Como conclusioacuten cuanto mayor sea la fluencia del aluminio prevista por el meacutetodo
mayor seraacute la traccioacuten de instalacioacuten y en consecuencia menor seraacute la flecha final por
encima de la temperatura de transicioacuten y mayor la temperatura maacutexima admisible Por
lo tanto se obtiene una mayor temperatura maacutexima admisible cuanto mayor sea la
fluencia del aluminio calculada por el meacutetodo Asiacute puede parecer que es mejor aquel
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
220
meacutetodo que proporciona una mayor temperatura maacutexima admisible En realidad el
mejor meacutetodo es aquel que ajuste el caacutelculo a lo que realmente ocurre Si la fluencia
que ocurre realmente es menor que la estimada el conductor estaraacute maacutes tenso en las
condiciones de carga mecaacutenica maacutexima aumentando el peligro asociado Si la fluencia
que ocurre realmente es mayor que la estimada el conductor queda maacutes flojo por
debajo de la temperatura de transicioacuten
A lo anteriormente mencionado se debe antildeadir que hay casos en los que en las
condiciones de carga mecaacutenica maacutexima el aluminio estaacute flojo Es el caso por ejemplo
de los conductores tipo gap cuando la condicioacuten de carga mecaacutenica maacutexima se evaluacutea
a temperatura ambiente En este caso la cuantificacioacuten de la fluencia del aluminio no
influye ni en la traccioacuten de instalacioacuten ni en la temperatura maacutexima admisible final
Como se ha visto en el subapartado anterior el meacutetodo propuesto da como resultado
una fluencia algo mayor que el meacutetodo ALCOA Por ello el resultado es una traccioacuten
de instalacioacuten mayor y una flecha final menor Esto se observa en las Figuras 813 a
815
En el caso del conductor ZTACIR ademaacutes tambieacuten influye el hecho de que el meacutetodo
ALCOA considere un coeficiente de expansioacuten constante y de valor mayor al real por
debajo de 100 ordmC
En el caso del conductor ACSS no se observa diferencia debido a que ambos meacutetodos
dan resultados ideacutenticos al despreciar el fabricante la fluencia metaluacutergica
En el caso del conductor GTACSR la diferencia observada es debida a la diferencia en
la modelizacioacuten del proceso de instalacioacuten El meacutetodo propuesto considera la fluencia
del aluminio durante la instalacioacuten mientras que el meacutetodo ALCOA no lo considera Por
tanto el meacutetodo ALCOA estima un mayor aflojamiento del aluminio durante la vida de
la liacutenea y da como resultado una flecha final menor En realidad esta estimacioacuten es
debida al error debido a la simplificacioacuten que hace el meacutetodo ALCOA de la instalacioacuten
del conductor tipo gap
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
221
ACSS Hen
75000
80000
85000
90000
95000
100000
105000
110000
115000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
Propuesto Fluencia+CargaALCOA Carga
Fig 812 Conductor ACSS
ZTACIR Hen
70000
75000
80000
85000
90000
95000
100000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
Propuesto Fluencia+CargaALCOA Fluencia
Fig 813 Conductor ZTACIR
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
222
ZTACCR Hawk
60000
65000
70000
75000
80000
85000
90000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
Propuesto Fluencia+CargaALCOA Fluencia
Fig 814 Conductor ZTACCR
ACCCTW Hawk
60000
65000
70000
75000
80000
85000
90000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
Propuesto Fluencia+CargaALCOA Carga
Fig 815 Conductor ACCCTW
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
223
GTACSR Hen
65000
70000
75000
80000
85000
90000
95000
100000
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Temperatura (ordmC)
Flec
ha (m
)
Propuesto Fluencia+CargaALCOA Carga
Fig 816 Conductor GTACSR
843 Conclusiones
Las principales diferencias entre el meacutetodo propuesto y el meacutetodo ALCOA estaacuten
relacionadas con la flexibilidad en considerar etapas de fluencia en la modelizacioacuten de
la instalacioacuten de conductores tipo gap en la modelizacioacuten de la fluencia a alta
temperatura y en la consideracioacuten del coeficiente de expansioacuten variable
En el ejemplo de aplicacioacuten se reflejan algunas de las diferencias mencionadas pero no
todas Asiacute como se ha considerado la fluencia a temperatura ambiente no se ha
visualizado la diferencia respecto a la modelizacioacuten de la fluencia a alta temperatura
Las etapas de fluencia consideradas en el meacutetodo propuesto han sido tambieacuten
similares a las consideradas en el meacutetodo ALCOA
Se ha observado que la fluencia estimada por el meacutetodo propuesto es algo mayor que
la estimada por el meacutetodo ALCOA Por una parte al modelizar el aflojamiento del
conductor a medida que se desarrolla fluencia metaluacutergica el resultado es una fluencia
mayor Ademaacutes al evaluar las condiciones de carga el tiempo bajo carga es mayor
que en el meacutetodo ALCOA y la fluencia metaluacutergica tambieacuten Por uacuteltimo el meacutetodo
propuesto modeliza la fluencia y la condicioacuten de carga a la vez y no de forma separada
como lo hace el meacutetodo ALCOA
Como resultado de la mayor fluencia estimada por el meacutetodo propuesto la traccioacuten de
instalacioacuten es mayor y tambieacuten lo es la temperatura maacutexima admisible en el caso de
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
224
los conductores ZTACIR ACCCTW y ZTACCR Esto no es algo a favor ni en contra
del meacutetodo propuesto pues la clave no es dar como resultado una temperatura
admisible mayor sino un comportamiento que se ajuste a la realidad Si la fluencia que
ocurre realmente es menor que la estimada el conductor estaraacute maacutes tenso en las
condiciones de carga mecaacutenica maacutexima aumentando el peligro asociado Si la fluencia
que ocurre realmente es mayor que la estimada el conductor queda maacutes flojo por
debajo de la temperatura de transicioacuten
En el caso del conductor GTACSR la temperatura maacutexima admisible determinada por
el meacutetodo propuesto es menor a la determinada por el meacutetodo ALCOA La diferencia
en este caso es debida a la diferencia en la modelizacioacuten del proceso de instalacioacuten El
meacutetodo propuesto considera la fluencia del aluminio durante la instalacioacuten mientras que
el meacutetodo ALCOA no lo considera Por tanto el meacutetodo ALCOA estima un mayor
aflojamiento del aluminio durante la vida de la liacutenea y da como resultado una flecha
final menor En realidad esta estimacioacuten es debida al error debido a la simplificacioacuten
que hace el meacutetodo ALCOA de la instalacioacuten del conductor tipo gap
85 Comparacioacuten del meacutetodo propuesto con los meacutetodos de caacutelculo teacutermico
El meacutetodo propuesto propone utilizar cualquiera de los meacutetodos de caacutelculo teacutermico
habituales (el meacutetodo CIGRE o el meacutetodo IEEE) Ademaacutes presenta una forma de
calcular la resistencia en corriente alterna Rac a partir de la de corriente continua Rdc
debido a que el meacutetodo IEEE no lo incluye y el que propone el meacutetodo CIGRE da a
lugar a errores en algunos casos Por lo tanto se va a comparar la forma propuesta de
calcular la resistencia con la presentada en el meacutetodo CIGRE
851 Diferencias cualitativas entre los meacutetodos
El meacutetodo CIGRE propone unas ecuaciones empiacutericas para obtener Rac en
determinados conductores Estos conductores son el ACSR Zebra (3 capas de
aluminio) el ACSR Lynx (2 capas de aluminio) un conductor de alta resistencia que
cruza el Taacutemesis y los conductores de un alambre de acero y una capa de aluminio
Posteriormente generaliza algunas de las expresiones para su uso con otros
conductores Asiacute la expresioacuten del Zebra lo proponen para los conductores de 3 capas
de aluminio La expresioacuten para el Lynx lo proponen para los conductores de seccioacuten
igual o mayor a 175 mm2 tanto si tienen una capa de aluminio como si tienen dos La
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
225
expresioacuten para los conductores de un hilo de acero y una capa de aluminio lo proponen
para los conductores de seccioacuten menor a 175 mm2 tanto si tienen una capa de
aluminio como si tienen dos
Al generalizar expresiones empiacutericas correspondientes a conductores concretos es de
esperar que haya errores al aplicarlos a otros conductores Esto ocurre por ejemplo al
generalizar la expresioacuten para el Zebra para todos los conductores de 3 capas de
aluminio o la del Lynx para los conductores de seccioacuten igual o mayor a 175 mm2 de
una o dos capas que para estos valores de seccioacuten seraacuten generalmente de dos capas
de aluminio Sin embargo la peor aproximacioacuten se produce al generalizar la expresioacuten
para los conductores de un hilo de acero y una capa de aluminio para los conductores
de seccioacuten menor a 175 mm2 tanto si tienen una capa de aluminio como si tienen dos
En el caso de los conductores de dos capas de aluminio y seccioacuten pequentildea de
aluminio el error obtenido es importante
En los conductores de dos capas de aluminio y seccioacuten pequentildea no se producen
peacuterdidas magneacuteticas y las peacuterdidas por efecto pelicular son pequentildeas debido a la
pequentildea seccioacuten de aluminio Sin embargo se les aplica una expresioacuten
correspondiente a conductores de una uacutenica capa de aluminio para los cuales las
peacuterdidas magneacuteticas son elevadas Seguacuten la expresioacuten propuesta en CIGRE el
aumento en la resistencia debido a las peacuterdidas magneacuteticas depende del valor de
intensidad de corriente y puede llegar a ser del 10
852 Diferencias cuantitativas entre los meacutetodos mediante ejemplos de caacutelculo
Se ha calculado la resistencia en corriente alterna a 50 Hz de varios conductores de
dos capas de aluminio y de seccioacuten de aluminio menor de 175 mm2 con objeto de
visualizar el error asociado a la expresioacuten propuesta por el meacutetodo CIGRE Los
resultados se observan en la Tabla 87 Se observa que el incremento de resistencia
debido al efecto pelicular es muy pequentildeo por debajo de 02 Sin embargo como se
ha visto el meacutetodo CIGRE cuantifica este aumento en hasta un 10
Capiacutetulo 8 Anaacutelisis de la metodologiacutea propuesta
226
Tabla 87 Caacutelculo de resistencia Rac mediante el meacutetodo propuesto
Conductor D (cm) Di (cm) Rdc (20 ordmC) Rac (20 ordmC) Incremento resistencia de
continua a alterna ()
ACSS Linnet 183 067 016109 016139 018
ACSS Ostrich 173 064 018077 018105 015
ACSS Partridge 163 060 020308 020334 012
TACCR 336 183 067 016140 016170 018
86 Conclusiones
En este capiacutetulo en primer lugar se ha realizado un ejemplo de caacutelculo donde se han
comparado los resultados obtenidos por los diferentes meacutetodos cuando se aplican a un
conductor ACSR tradicional Posteriormente se ha realizado un anaacutelisis comparativo
del meacutetodo propuesto con cada uno de los meacutetodos descritos en el estado del arte
cuando se aplican a conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
Asiacute se ha comparado el meacutetodo propuesto con el meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico que
considera al conductor en su conjunto Se ha concluido que el meacutetodo que considera al
conductor en su conjunto no es vaacutelido para el caacutelculo de la repotenciacioacuten mediante
conductores de altas prestaciones teacutermicas La razoacuten fundamental es el error asociado
a la incapacidad de modelizar al conductor con el aluminio flojo por encima de la
temperatura de transicioacuten
Se ha comparado tambieacuten el meacutetodo propuesto con el meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico
ALCOA Las ventajas del meacutetodo propuesto estaacuten relacionadas con la flexibilidad en
considerar etapas de fluencia con la modelizacioacuten de la instalacioacuten de conductores tipo
gap con la modelizacioacuten de la fluencia a alta temperatura y con la consideracioacuten del
coeficiente de expansioacuten variable
Con respecto al caacutelculo teacutermico se ha comparado la forma de calcular en el meacutetodo
propuesto la resistencia en corriente alterna Rac a partir de la de corriente continua Rdc
con la presentada en el meacutetodo CIGRE Se ha comprobado el error del meacutetodo CIGRE
en los conductores de dos capas de aluminio y seccioacuten pequentildea donde no se producen
peacuterdidas magneacuteticas y sin embargo en el meacutetodo CIGRE se les aplica una expresioacuten
correspondiente a conductores de una uacutenica capa de aluminio para los cuales las
peacuterdidas magneacuteticas son elevadas
227
CAPIacuteTULO 9 CONCLUSIONES
La presente tesis ha comenzado con el anaacutelisis de las posibles opciones de
repotenciacioacuten de las liacuteneas eleacutectricas aeacutereas con objeto de situar la repotenciacioacuten
mediante la sustitucioacuten del conductor actual por un conductor de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea La eleccioacuten de la opcioacuten adecuada para la repotenciacioacuten
es una labor ardua y variacutea en funcioacuten del proyecto en cuestioacuten Asiacute la condicioacuten de las
instalaciones a repotenciar las caracteriacutesticas de la necesidad de aumento de
potencia las restricciones presupuestarias las restricciones de tiempo y las
dificultades asociadas a los descargos son factores que determinan el meacutetodo
empleado en la repotenciacioacuten Con respecto a la repotenciacioacuten obtenida la elevacioacuten
de tensioacuten es el meacutetodo que obtiene una mayor repotenciacioacuten El aumento de seccioacuten
o la sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea
obtiene valores de repotenciacioacuten considerables tambieacuten Los cambios a realizar en la
liacutenea para obtener la repotenciacioacuten vienen condicionados por las restricciones de
presupuesto tiempo y descargos La elevacioacuten de tensioacuten es el meacutetodo que requiere
de mayor nuacutemero de cambios a realizar Por lo tanto es la opcioacuten maacutes cara y la que
tiene mayor duracioacuten en el tiempo El aumento de seccioacuten requiere tambieacuten numerosos
cambios en la liacutenea La sustitucioacuten por conductores de altas prestaciones teacutermicas y
flecha pequentildea requiere la sustitucioacuten del conductor pero tiene la ventaja de que no se
precisa modificar los apoyos
A continuacioacuten se han descrito los conductores de altas prestaciones teacutermicas y flecha
pequentildea existentes en el mercado Los conductores se han analizado en funcioacuten de su
estructura y materiales herrajes y accesorios y proceso de instalacioacuten Una vez
realizada la descripcioacuten de los diversos conductores estos se han comparado en funcioacuten
de su estructura prestaciones teacutermicas expansioacuten teacutermica resistencia a la traccioacuten
resistencia eleacutectrica proceso de instalacioacuten y herrajes y accesorios
Posteriormente se ha realizado un estudio del estado del arte de los meacutetodos de
caacutelculo mecaacutenico y teacutermico de liacuteneas eleacutectricas aeacutereas Con respecto al caacutelculo
mecaacutenico se han descrito los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico de conductores maacutes
importantes Previamente se han analizado los aspectos que determinan el caacutelculo
mecaacutenico y que estaacuten relacionados con la geometriacutea del vano y el comportamiento del
conductor Con respecto al caacutelculo teacutermico se han descrito los meacutetodos de caacutelculo
teacutermico de conductores maacutes importantes Estos meacutetodos han sido desarrollados por
228
CIGRE y por IEEE Ademaacutes se han analizado en detalle el caacutelculo de las peacuterdidas por
efecto pelicular y por peacuterdidas magneacuteticas
El siguiente paso ha consistido en analizar los meacutetodos de caacutelculo mecaacutenico y teacutermico
de conductores de liacuteneas aeacutereas considerando su aplicacioacuten a conductores de altas
prestaciones teacutermicas y flecha pequentildea Se han destacado los inconvenientes de
dichos meacutetodos definiendo los requisitos para una metodologiacutea que realice dicho
caacutelculo cuantificando la repotenciacioacuten obtenida de la forma maacutes correcta posible
Una vez analizado los inconvenientes de los meacutetodos de caacutelculo existentes se ha
propuesto un meacutetodo de caacutelculo de repotenciacioacuten que supera estas limitaciones La
metodologiacutea se ha dividido en diversos pasos con objeto de que se visualice de forma
clara Tambieacuten se han definido los paraacutemetros cuyo valor es necesario conocer para
realizar el caacutelculo Finalmente se ha realizado un ejemplo de aplicacioacuten
Finalmente se han comparado los resultados obtenidos mediante la metodologiacutea
propuesta con los obtenidos mediante otros meacutetodos que se utilizan habitualmente Se
ha concluido que el meacutetodo que considera al conductor en su conjunto no es vaacutelido
para el caacutelculo de la repotenciacioacuten mediante conductores de altas prestaciones
teacutermicas La razoacuten fundamental es el error asociado a la incapacidad de modelizar al
conductor con el aluminio flojo por encima de la temperatura de transicioacuten Tambieacuten se
ha comparado el meacutetodo propuesto con el meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico ALCOA Las
ventajas del meacutetodo propuesto estaacuten relacionadas con la flexibilidad en considerar
etapas de fluencia con la modelizacioacuten de la instalacioacuten de conductores tipo gap con
la modelizacioacuten de la fluencia a alta temperatura y con la consideracioacuten del coeficiente
de expansioacuten variable
229
Las conclusiones maacutes importantes de la tesis se resumen en los siguientes puntos
bull Se ha propuesto un meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico que resuelve carencias de los
meacutetodos de caacutelculo existentes Las principales ventajas del meacutetodo sobre los
meacutetodos existentes son
o Modelizacioacuten independiente nuacutecleo y aluminio
o Determinacioacuten de la fluencia basaacutendose en datos experimentales
o Flexibilidad en considerar etapas de fluencia
o Modelizacioacuten de la instalacioacuten de conductores
Tipo gap
Pretensado en instalacioacuten
Descanso en instalacioacuten
o Modelizacioacuten fluencia a alta temperatura
o Modelizacioacuten coeficiente de expansioacuten variable
bull El meacutetodo de caacutelculo mecaacutenico tradicional que considera al conductor en su
conjunto no es vaacutelido para el caacutelculo de conductores de altas prestaciones
teacutermicas y flecha pequentildea Las diferencias en flecha pueden ser de varios
metros
bull El meacutetodo ALCOA de caacutelculo mecaacutenico realiza una modelizacioacuten maacutes sencilla y
simplificada que el meacutetodo propuesto No obstante se observa que las
diferencias entre ambos meacutetodos son pequentildeas dado que se encuentran dentro
de las incertidumbres asociadas al caacutelculo mecaacutenico De todas formas se debe
decir que debido a falta de datos no ha podido evaluarse la diferencia asociada
a la modelizacioacuten de la fluencia a alta temperatura ni la diferencia asociada a
considerar etapas diferentes a las consideradas en el meacutetodo ALCOA para el
caacutelculo de fluencia Esta labor queda como trabajo a desarrollar en el futuro
bull La aplicacioacuten de los meacutetodos de caacutelculo teacutermico sobre los conductores de altas
prestaciones teacutermicas no presenta diferencias respecto a la aplicacioacuten sobre
conductores convencionales
bull Se ha propuesto un meacutetodo de caacutelculo de la resistencia en corriente alterna a
partir de la resistencia en corriente continua para cubrir la carencia de los
meacutetodos de caacutelculo teacutermico existentes
230
Como resultado de la tesis se plantean para el futuro varias liacuteneas de trabajo que
quedan pendientes de realizar
bull Una liacutenea de trabajo abierta es la verificacioacuten de la estimacioacuten de la fluencia
para lo cual habriacutea que monitorizar la fluencia desarrollada en liacuteneas reales
Otro aspecto de la fluencia a estudiar es la fluencia a alta temperatura de
manera que pueda establecerse una relacioacuten entre el aflojamiento experimental
y la temperatura alcanzada
bull Otra liacutenea de trabajo que seriacutea interesante estudiar es el efecto del gradiente
radial de temperatura en el caacutelculo mecaacutenico Este gradiente no suele ser muy
importante en el caso de que el conductor trabaje a bajas temperaturas pero en
el caso de los conductores de altas prestaciones teacutermicas podriacutea tener maacutes
importancia
bull Tambieacuten queda pendiente un anaacutelisis maacutes profundo del caacutelculo de las peacuterdidas
magneacuteticas para el caacutelculo de la resistencia eleacutectrica En el subapartado 532
se han descrito algunas pautas para su caacutelculo
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