Líneas de Transmisión
Equipos, Materiales y Herramientas Utilizados en la Instalación y Mantenimiento de las Líneas de Transmisión para la Energía Eléctrica
Alexander José Vásquez Albornoz Ingeniería Eléctrica Septiembre 2016
Líneas eléctricas La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas.
Para ello, los niveles de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la tensión se reduce la corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por Efecto Joule. Con este fin se emplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien autotransformadores. De esta manera, una red de transmisión emplea usualmente voltajes del orden de 220 kB y superiores, denominados alta tensión, de 400 o de 500 kV.
Líneas de Transmisión Son aquellas que se utilizan para transportar la energía eléctrica a grandes distancias, a niveles de voltajes superiores a los 34.500v. Estas constituyen el eslabón de unión entre las centrales generadoras y las redes de distribución. Para la construcción de estas líneas se utilizan casi exclusivamente conductores metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos metálicos (alambres) alrededor de un hilo central.
Conductores eléctricos en líneas de transmisión En primer lugar, tenemos que diferenciar los tipos de conductores que podemos encontrar en una torre eléctrica. Dependiendo de la configuración de la línea de transmisión y la tipología de la torre, encontraremos uno o dos cables en la parte superior así como una serie de conductores en los laterales de la torre habitualmente distribuidos de forma vertical El cable de la parte superior es el cable de tierra o cable de guarda: se trata de un cable de acero cuya función es proteger al resto de los conductores ante la eventual caída de rayos. En caso de producirse una descarga atmosférica, el rayo impactará en el cable de tierra evitando daños en los conductores, asegurando, así, la continuidad de suministro eléctrico. Además, entre los cables de tierra podemos encontrar los cables OPGW (Óptica Ground Wire): estos cables de tierra cuentan en su interior con cables de fibra óptica que permiten la comunicación entre ambos extremos de la línea, lo que facilita el envío de datos entre diferentes subestaciones eléctricas
Cobre inicialmente, el material utilizado en estos conductores era el cobre,. Sin embargo, a pesar d e sus competitivas propiedades eléctricas y mecánicas, su elevado peso y precio llevaron a que se estudiaran y desarrollaran otras alternativas que permitieran mantener dichas propiedades pero de una forma más eficiente y económica.
Aluminio El cual presenta una conductividad eléctrica similar al cobre. Sin embargo, el aluminio tiene una carga de rotura menor, es decir, soporta peor los esfuerzos mecánicos a los que es sometido. Por este motivo, y como muestra la figura, se desarrollaron diferentes tipologías de conductores de aluminio en los que se utilizan aleaciones o hilos de acero para conferir al conductor la resistencia mecánica necesaria, manteniendo sus propiedades eléctricas. Estos conductores suelen tener un diámetro total entre 15 y 50 milímetros aproximadamente, en función de la corriente que transporten.
Tipo de recubrimiento en los Conductores Eléctricos Los recubrimientos proporcionan a un cable eléctrico protecciones eléctricas o mecánicas. Los más importantes son: aislamiento, semiconductor, pantalla metálica, relleno, asiento, armadura y cubierta. AISLAMIENTO En el aislamiento, se coloca un recubrimiento aislante sobre el conductor para evitar fugas de corriente. Las condiciones ambientales y climáticas o los contactos con agentes agresivos, así como la falta de cuidado en la instalación, manejo y conservación, son las causas principales que limitan la vida de un cable. Los aislamientos se clasifican en dos grandes grupos: termoplásticos y termoestables. Los aislamientos termoplásticos más usuales en la fabricación de cables eléctricos son: PVC (Policloruro de vinilo), Z1 (Poliolefinas), PE (Polietileno lineal), Poliuretano (PU), Teftel, Teflón (fluorados), etc. En cuanto a los aislamientos termoestables, los más usuales son: EPR (Etileno Propileno), XLPE (Polietileno Reticulado), EVA (Acetato de Etil Vinil), SI (Silicona), PCP (Neopreno), SBR (Caucho Natural), etc. SEMICONDUCTOR Los semiconductores se forman a través de capas extruídas de resistencia eléctrica reducida de materiales afines a los aislamientos. Si éstos son termoestables, las capas semiconductoras también lo serán. Son aplicables fundamentalmente a los cables de Media y Alta Tensión en dos capas: la primera, directamente sobre el conductor. La segunda, entre el aislamiento y pantalla. En Top Cable, el proceso de producción de las capas semiconductoras y del aislamiento se realiza por el proceso de “triple extrusión” que es la más avanzada tecnología en la actualidad. La extrusión se realiza a través de un cabezal de triple capa. Esto pone en contacto directo las semiconductoras y el aislamiento, y garantiza la ausencia de elementos extraños. De esta forma, se evitan defectos en el semiconductor interno, que podrían degenerar en descargas parciales y reducción de la vida útil del cable.
PANTALLA METÁLICA Las protecciones eléctricas, también denominadas “pantallas”, aíslan las señales que circulan por el cable de posibles interferencias externas. También blindan los cables de potencia para evitar que interfieran en circuitos de señal adyacentes.
RELLENO El relleno es la masa de material que tiene por función ocupar los espacios vacíos dejados en el cableado de los conductores aislados. Estos rellenos pueden ser textiles o de material plástico. ASIENTO Los cables diseñados con armaduras metálicas disponen de una capa extruída que, colocada sobre el relleno, protege a los aislamientos de posibles interacciones con las masas metálicas. ARMADURAS Las protecciones mecánicas, denominadas “armaduras”, protegen el cable de agresiones externas, como golpes, ataque de roedores, tracción, etc. Las armaduras se fabrican en acero o aluminio y pueden ser de fleje, corona de hilos o trenza de hilos. CUBIERTA Los cables suelen llevar un recubrimiento polimérico exterior para su protección. Es lo que se denomina “cubierta exterior”. Esta cubierta aísla el interior del cable de elementos externos que podrían alterar sus propiedades eléctricas, como la humedad, y lo protege de los golpes que pueda recibir durante su instalación y uso. Para identificar correctamente el cable, éste se marca con los datos más relevantes: fabricante, denominación comercial y del cable, número de conductores, sección, norma constructiva, marcado CE y otros datos de interés, como la certificación del producto y el marcaje metro a metro, que facilita el control del stock.
Cable El cable es un cordón más o menos grueso que puede contener uno o varios hilos conductores, los cuales no se ven porque están protegidos por una funda aislante y que tradicionalmente los seres humanos los utilizamos en electricidad siendo ellos los responsables o no del encendido de todas aquellas cosas eléctricas que tenemos en casa, así como también para llevar a cabo las comunicaciones telefónica y telegráficas. Cable de distribución aérea Cable generalmente compuesto por tres o cuatros cables, con aislamiento individual termoplástico de polietileno o de PVC. Estos están dispuestos helicoidalmente alrededor de un conductor neutro mensajero sin ningún aislante. Cable de distribución aérea Cable concéntrico Alambre o cable de cobre suave, con aislamiento termoplástico de policloruro de vinilo (PVC), rodeado concéntricamente por un neutro a base de alambres de cobre desnudo suave, dispuestos en forma helicoidal y cubierta termoplástica de polietileno o PVC. Se utiliza en las acometidas eléctricas monofásicas a dos o tres hilos. Cable multiconductor Cable de tres o cuatro conductores de cobre suave, con aislamiento individual termoplástico de policloruro de vinilo (PVC), e identificados por el color del aislamiento, rellenos para dar sección circular, cinta reunidora y cubierta exterior termoplástica de policloruro de vinilo (PVC). Cable UF Pueden ser sólidos o cableados y están construidos con cobre de temple suave, están además aislados con una capa uniforme de material termoplástico, PVC resistente a la humedad, posteriormente los conductores son dispuestos paralelamente y sobre ellos se aplica una chaqueta también de PVC generalmente de color gris.
Aisladores eléctricos Los aisladores son materiales que presentan cierta dificultad al paso de la electricidad y al movimiento de cargas. Tienen mayor dificultad para ceder o aceptar electrones. En una u otra medida todo material conduce la electricidad, pero los aisladores lo hacen con mucha mayor dificultad que los elementos conductores. MATERIALES DE LOS AISLADORES Históricamente se han utilizado distintos materiales, porcelana, vidrio, y actualmente materiales compuestos, y la evolución ha ocurrido en la búsqueda de mejores características y reducción de costos. PORCELANA, es una pasta de arcilla, caolín, cuarzo o alúmina se le da forma, y por horneado se obtiene una cerámica de uso eléctrico. El material es particularmente resistente a compresión por lo que se han desarrollado especialmente diseños que tienden a solicitarlo de esa manera. VIDRIO, cristal templado que cumple la misma función de la porcelana, se trabaja por moldeado colándolo, debiendo ser en general de menos costo. Se puede afirmar que en general la calidad de la porcelana puede ser mas controlada que la del vidrio, esta situación es evidenciada por una menor dispersión de los resultados de los ensayos de rotura. FORMA DE LOS AISLADORES La forma de los aisladores está en parte bastante ligada al material, y se puede hacer la siguiente clasificación: AISLADORES DE CAMPANA, (también llamados de disco) generalmente varios forman una cadena, se hacen de vidrio o porcelana con insertos metálicos que los articulan con un grado de libertad (horquilla) o dos (caperuza y badajo, cap and pin). AISLADORES DE BARRA, los hay de porcelana, permiten realizar cadenas de menor cantidad de elementos (mas cortas), la porcelana trabaja a tracción y existen pocos fabricantes que ofrecen esta solución, especialmente si se requieren elevadas prestaciones, ya que no es una solución natural para este material, en cambio es la solución natural de los aisladores de suspensión compuestos. Mientras que para la porcelana se limita la longitud de la barra y en consecuencia para tensiones elevadas se forma una cadena de algunos elementos, para el aislador compuesto siempre se realiza un único elemento capaz de soportar la tensión total. AISLADORES RIGIDOS, en tensiones bajas y medias tienen forma de campana, montados sobre un perno (pin type) y se realizan de porcelana o vidrio.