Cable de Guarda

CURSO: TECNICAS DE ALTA TENSION

Tema: PROTECCION EN LINEAS DE TRANSMISION CON CABLE DE GUARDA

DOCENTE: ING HOLGER MEZA PROPIO: LUIS ALBERTO PEÑALOZA ARI CUI: 20120892 GRUPO: A AREQUIPA- 2017

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AGRADECIMIENTOS

A Dios, por poner en mi camino personas muy valiosa. A mi familia, que sin su apoyo me hubiese sido imposible crecer cada día más como ser humano, enseñándome valores como la humildad, perseverancia, amor por lo que hacemos y la honestidad. Al Ing. Holger Meza Delgado, por su compromiso con la formación de todos sus estudiantes, enfocado en una formación profesional integral basada en el esmero.

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DEDICATORIA

Este trabajo es dedicado a las personas más importantes en mi vida, mi familia, amigos que siempre me apoyan de forma académica y con su noble amistad, docentes que en todas las etapas de mi vida sumaron de alguna manera para ser el buen hombre que hoy soy.

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Contenido

CABLE DE GUARDA

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INTRODUCCION

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DEFINICION

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CABLE DE GUARDA

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Criterios de selección de los cables de guarda

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Metodología

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Duración del corto circuito para el cable de guarda

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Elevación de temperatura en los cables de guarda

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Comportamiento del cable de guarda ante descargas atmosféricas

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Capacidad térmica

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Características técnicas de los cables de guarda

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Incremento de temperatura en los cables de guarda

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Mecanismo de Falla del cable de guarda

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Causas de falla de un cable de guarda

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Perturbaciones externas o atmosféricas

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Análisis de métodos estadísticos

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Degradación de material

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Cable de guarda con fibra óptica

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Construcción

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Comparación con otros métodos

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Aplicación

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Instalación

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Tipos de protecciones para las descargas atmoféricas Cadena de suspensión y retención para cable de guarda

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CONCLUSIONES

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RECOMENDACIONES

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BIBLIOGRAFIA

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CABLE DE GUARDA INTRODUCCION En el desarrollo del campo de la ingeniería eléctrica nos encontramos con anomalías atmosféricas las que ocasionan descargas atmosféricas a una línea de transmisión, para reducir su impacto y tener un sistema de transmisión más confiable se hace el uso de los CABLES DE GUARDA, el cual sirve como apantallamiento. El proceso de la descarga se describe como sigue: se tiene una conducción descendente de carga negativa que avanza desde la nube hacia tierra a través de una secuencia de pasos de canal de 50 a 80m. de longitud, con velocidades de 105 m/s transportando una cierta cantidad de carga. Como los pasos de canal avanza hacia abajo se produce un aumento rápido del campo eléctrico sobre el suelo de preferencia en los objetos puntiagudos localizados a gran altura (poder de puntas). Cuando el campo eléctrico alcanza un valor crítico, determinados puntos sobre el suelo origina el lanzamiento de flujos de corriente ascendente de carga positiva, tal que, el primer punto que intercepte la punta del paso del canal más cercano (canal principal o líder) completa el camino de ionización entre la nube y tierra. El presente trabajo de investigación trata de describir el proceso de descarga atmosférica y el diseño y mejor selección de un cable de guarda, entendiendo el fundamento matemático que respalda dicho diseño. Se describen los sistemas de protección contra impactos directos de un rayo, como se debe de realizar una buena toma de tierra, los elementos a conectar a ella y el porqué hay que hacerlo. La prevención en un sistema de potencia es muy importante ya que le da confiabilidad al sistema.

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DEFINICION

Los cables de guarda son utilizados con mayor frecuencia para apantallamiento de subestaciones eléctricas y líneas de transmisión. Los hilos de guarda también se los conoce en algunos países como cables de tierra, generalmente son de acero y se instalan encima de los conectores y conductores de fase. Los datos necesarios para él calculo de la altura a la cual van a estar apoyados los cables de guarda son como se muestra en la figura

Dónde: H = Altura del hilo de guarda. M = Centro de la carga. G = Hilo de guarda. L = distancia de un objeto a la posición del hilo de guarda. Si se emplean dos hilos de guarda el esquema de protección toma la forma siguiente.

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Para determinar la máxima altura protegida es función de la altura del objeto por proteger y la distancia a la torre del hilo de guarda. H = ƒ ( L. S ). H = (1/3)x[ (2S + 3L) + (1/3).√(S2 + 4.√(3.L.S))] El método de calculo mencionado anteriormente está basado en la protección de los equipos principales de la subestación contra descargas directas por rayo y las expresiones matemáticas indicadas para él calculo de la altura a la que deben de estar los hilos de guarda se obtienen a partir de un modelo electromagnético de blindaje en las subestaciones eléctricas. Los hilos de guarda se instalan directamente sobre las estructuras por lo general son de acero galvanizado con una sección no inferior a 500 mm2 usándose conectores para unirlos a la estructura se conectan a tierra por lo menos en dos puntos con cable de acero galvanizado también con una sección no inferior a 500 mm2. La distancia de protección horizontal de los conductores de guardia, se los llama “distancia protegida” esta y su altura efectiva definen el ángulo de apantallamiento, y por lo tanto el ángulo de apantallamiento correspondiente considera además Los cables de guarda instalados en las líneas de alta tensión, son cables sin tensión que se colocan en la parte más alta en las redes de alta tensión, se conectan a la misma estructura metálica en cada torre y sirven para varios motivos. Uno es el generar un equipotencial de tierra en todo el trazado de la línea, rebajando al mínimo la resistencia de tierra ya que con el cable se unen todas las torres y por defecto todas las tomas de tierra del trazado. Otro motivo es para intentar captar el rayo durante las tormentas y conducirlo a tierra (cosa que no siempre sucede)

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Por una parte lo primero es bueno para reducir el riesgo eléctrico a las personas que toquen una torre de alta tensión, y minimizar así las posibles tensiones de paso que pueden generarse. Por otra parte es perjudicial porqué es sabido que esto facilita que el rayo encuentre un camino de resistencia baja en los puntos más altos, cuando el rayo impacta en la torre, aparecen en más o menos medida fugas de corriente de alta tensión por las estructuras, poniendo en riesgo a las personas que estén cerca de la torre en ese preciso instante.

Otro motivo perjudicial a nivel de seguridad eléctrica y del propio transporte de energía es cuando un rayo impacta en el cable, éste sufre una degradación de material, es decir, la energía generada del rayo en el punto de contacto del cable, crea la fusión del material y perdida de éste por un lado, y por otro, la modificación de su resistencia mecánica. Un cable afectado por rayo, es un peligro inminente para el suministro eléctrico, ya que se puede partir y cortocircuitar los cables de tensión que están por debajo de él, creando más chispazos y fusión de los cables de tensión. El problema no es la desconexión del servicio, el problema es que seguramente este deterioro no se percibe en el momento de la reparación y más adelante puede aparecer el accidente de verdad.

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Las empresas de control visual en vuelo, pueden apreciar el deterioro causado por un rayo en los cables de guarda,

Las inclemencias meteorológicas; viento, nieve y lluvia heladora, pueden facilitar que un cable afectado por rayo se rompa, incluyendo el sobrepeso de los pájaros. Quien no ha visto centenares de pájaros encima de los cables, el problema no es el peso, el problema es el esfuerzo al salir al vuelo todos de golpe, ese esfuerzo genera que el cable se ponga en tensión y vibre.

En el caso de las torres de alta tensión, pasa algo parecido con los efectos térmicos de los rayos. Las torres son verdadero pararrayos, dado que están construidas todas de metal y están perfectamente puestas a tierra. Los trazados de las torres, las obligan a pasar por puntos elevados, predominado en ocasiones en lo más alto de las montañas. Una torre bien diseñada e instalada, puede padecer esfuerzos térmicos cada vez que es impactada directamente por un rayo, la resistencia mecánica de una torre de alta tensión puede debilitarse después de padecer una descarga de rayo.

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Por ejemplo en Andorra se registran rayos de más de 200.000 amperios y en función de la resistencia de la tierra, las tensiones que pueden aparecer en una torre de alta tensión serán de millones de voltios, llegando la torre a ponerse al rojo vivo físicamente. Al enfriarse el metal rápidamente porque hay tormenta y fuertes vientos, el material padece un efecto de destemple, es decir que su estructura molecular a cambiado, perdiendo resistencia y por defecto aguante mecánico.

CABLE DE GUARDA Las líneas de transmisión eléctrica se encuentran energizadas continuamente, por lo cual es importante evitar descargas eléctricas directas que interrumpan la 9

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continuidad del servicio. Esto ha generado la búsqueda de formas de aislar esas estructuras eléctricamente creando a su alrededor una "jaula". Uno de los métodos más frecuentemente utilizados es el uso de Cables de Guarda, que son colocados sobre la línea eléctrica actuando como una especie de pararrayos. Estos cables son fabricados de formas y materiales diferentes, uno de los diseños más comunes es el que consta de siete hilos entrelazados entre sí que posee una matriz o núcleo de acero y están recubiertos con aluminio. El cable de guarda también se utiliza para la colocación de señalizaciones, como por ejemplo las esferas de balizaje. Todos los elementos constructivos de una línea aérea deben ser elegidos, conformados y construidos de manera que tengan un comportamiento seguro en condiciones de servicio, bajo las condiciones climáticas, bajo tensiones de régimen y bajo corriente. El Cable de Guarda objeto de la presente investigación fracturó en el punto de unión con la esfera de balizaje, lo cual trajo como consecuencia su desprendimiento y la Desconexión de la línea. El objetivo de este trabajo fue determinar la causa de falla del Cable de Guarda y proporcionar una solución adecuada para minimizar su deterioro.

Criterios de selección de los cables de guarda De acuerdo con lo estipulado para proyectos de conexión al Sistema de Transmisión los cables de guarda deberán cumplir con la doble función de proteger las líneas de transmisión contra sobretensiones, brindar apantallamiento y adicionalmente soportar la temperatura máxima durante un cortocircuito. Además, en cualquier condición, la tensión longitudinal máxima en el conductor o cable de guarda, no deberá exceder el 50% de su correspondiente tensión de rotura. El cable de guarda seleccionado deberá cumplir con los criterios indicados anteriormente y además, el 10

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diseño de puesta a tierra de las torres tendrá en cuenta el cable de guarda seleccionado. Metodología

 Para la selección del cable de guarda para la línea se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:  Se utilizaran dos cables de guarda, ambos con funciones de apantallamiento y conexión equipotencial de puestas a tierra y uno de ellos con función adicional de transporte de fibras de comunicación.  El cable de guarda con función de transporte de fibras de comunicación será del tipo OPGW (Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire), el cual se especificará con la Selección Cable de Guarda base en la capacidad térmica mínima (I2 t) que el cable debe soportar de acuerdo con el tiempo y duración de las fallas de la línea.  Para determinar el calibre de los cables de guarda a utilizar se verificarán las corrientes que circularán en caso de cortocircuito por medio de simulaciones del sistema en el software ATP.  Para los cables seleccionados se verificará que la corriente que circula por estos en caso de una falla a frecuencia industrial no produzca un aumento en la temperatura del cable que supere su capacidad de límite térmico a esta frecuencia.  Se verificará que el tiempo máximo que puede circular una magnitud de corriente de una descarga atmosférica sea mayor que el tiempo máximo admisible de duración de la descarga, sin que se produzcan daños irreversibles en el cable.

Duración del corto circuito para el cable de guarda Se consideraron los tiempos de actuación de las protecciones definidos por la resolución CREG 025-1995 [4],(100 ms para la protección principal y 300 ms para la protección de respaldo), de los cuales se analizó el caso más crítico (t=300 ms) en el cual la protección principal no actúa.

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Elevación de temperatura en los cables de guarda Para la determinación del incremento de temperatura de un conductor ante una corriente de falla se emplea la siguiente ecuación sugerida en la norma IEC-608651, referencia

Con la ecuación (2) se verifica que la temperatura que alcanza el conductor al final del cortocircuito no supere el valor límite. De acuerdo con las recomendaciones presentadas en la tabla 7.13, columna 5 de la referencia [5], y las reportadas por los fabricantes, se establecen las siguientes temperaturas máximas admisibles bajo condiciones de cortocircuito para el cable de guarda

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La temperatura máxima del cable OPGW obedece a que entre los 180°C y 220°C de temperatura las fibras ópticas se ven afectadas de acuerdo con la referencia [5], además es una recomendación de los fabricantes [6]. Comportamiento del cable de guarda ante descargas atmosféricas De acuerdo con la ecuación (1), se puede determinar cuál es el máximo tiempo que puede circular por el cable de guarda la corriente de una descarga atmosférica sin que se produzca deterioro en las características mecánicas del cable (para lo cual la temperatura del cable no debe superar los 200°C, según la referencia [2], con base en la siguiente expresión:

Según la referencia [3], no es normal que una descarga produzca corrientes mayores a 200 kA, el 50% de todos los rayos producen corrientes menores a 31 kA. Solo el 0,05% de todos los rayos producen corrientes superiores a 200 kA y solo el 10% tiene más de 8 descargas subsecuentes. Es decir, una corriente de 200 kA con una duración de 200 µs (I2 t=8 kA2 seg) corresponde a una corriente extremadamente severa. Para el caso de una falla monofásica se considera la corriente de falla que circulará por el cable de guarda de acuerdo con los niveles de cortocircuito de las subestaciones Capacidad térmica La capacidad térmica I2 t se calcula como el cuadrado de la corriente rms en kA multiplicada por el tiempo en segundos y se especifica para conductores OPGW. Según la IEEE Transactions on Power Delivery [3], no es normal que una descarga produzca corrientes mayores a 200 kA, el 50% de todos los rayos producen corrientes menores a 31 kA. Solo el 0,05% de ellos producen corrientes superiores a 200 kA y solo el 10% tiene más de 8 descargas subsecuentes. Es decir, una corriente de 200 kA con una duración de 200 µs (I2 t=8 kA2 seg) corresponde a una corriente extremadamente severa. Para el caso de una falla monofásica se considera la corriente de falla que circulará por el cable de guarda de acuerdo con los niveles de cortocircuito de las subestaciones Suria y Puerto López.

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Características técnicas de los cables de guarda REFERENCIALES Considerando los niveles de cortocircuito de las subestaciones, para los cálculos eléctricos se han tomado como referencia los cables presentados en la Tabla 2:

Incremento de temperatura en los cables de guarda A continuación se presentan los cálculos para una condición extremadamente conservativa, del incremento de temperatura debido a la corriente que circula por los cables de guarda ante una falla a frecuencia industrial y el tiempo máximo que puede circular la corriente producida por una descarga atmosférica de 200 kA.

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Mecanismo de Falla del cable de guarda Es importante destacar que el conjunto de fuerzas a la que está sometido el cable de guarda a consecuencia del efecto de la catenaria (la curva que describe un cable que está fijo por sus dos extremos y no está sometido a otras fuerzas distintas que su propio peso), generan una fricción entre el cable, la goma de neopreno y las partículas de silicatos presentes como contaminación del ambiente, produciendo un desprendimiento del recubrimiento de aluminio y por tanto, dejando el acero base Expuesto simultáneamente a los agentes atmosféricos y ambientales (cloruros, partículas de silicatos etc.) y a la humedad (electrolito) retenidos entre la goma de neopreno y el cable. Lo anterior es causante de una corrosión localizada en el acero de esta zona del cable, que origina su pérdida de espesor. Así, del ambiente se Aportan iones cloruros, por otra parte el acero y el ambiente aportan partículas de silicatos (A medida que el acero va perdiendo espesor, los esfuerzos se incrementan paulatinamente. Debido a que la matriz de acero es muy blanda, los hilos del cable de guarda experimentan elongación. Por la disposición de los hilos del cable de guarda, que siguen una curva helicoidal alrededor de una hebra central, los esfuerzos producen un estiramiento y una rotación, como se puede apreciar en la naturaleza de la fractura (Fig.8). Todo lo anteriormente expuesto indica que se está en presencia de un mecanismo de falla combinado por corrosión-abrasión-fricción.

Causas de falla de un cable de guarda Perturbaciones externas o atmosféricas

En este artículo se analizarán las perturbaciones externas, que se caracterizan por ser de una duración más reducida que las restantes y muy fuertemente amortiguadas. Las mismas son las causantes del mayor número de fallas y se producen generalmente por la caída de un rayo sobre las líneas. En el caso de impacto del rayo sobre una línea, el rayo puede caer sobre un conductor de fase, y entonces cebarse un arco entre el conductor y un apoyo

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estructural; o bien puede caer sobre un apoyo o un hilo de guarda, en cuyo caso se puede llegar a producir un arco en el sentido inverso al del caso anterior.  Si el rayo cae sobre un conductor de fase, bien por una falta de apantallamiento de los hilos de guarda de la línea o bien porque estos hilos no existen, se originan dos ondas de corriente que parten en direcciones opuestas y de valor igual a la mitad de la intensidad del rayo, dando lugar a dos ondas de tensión cuyo valor depende de la impedancia involucrada. Si dicho valor supera a la tensión de cebado del aislamiento conductor de fase-apoyo de la línea, se producirá una falla en los dos apoyos más Próximos al punto de caída del rayo, dando lugar a dos ondas cortadas que viajarán a lo largo de la línea hasta las subestaciones terminales. Si esta tensión no es superior a la de cebado, no se producirá falla del aislamiento de la línea. Se observa que, en todo caso, las ondas de tensión que llegan a una subestación están limitadas por el nivel de aislamiento de la línea de la que proceden. Dado el nivel de aislamiento de una línea, se observa que sólo se produce falla de la misma si la intensidad del rayo que cae sobre un conductor supera cierto valor crítico. En la práctica, la mayor parte de los rayos que caen sobre un conductor de fase dan lugar a una falla de aislamiento. Por esa razón, debe evitarse la caída directa de un rayo sobre los conductores de fase mediante una correcta instalación de los hilos de guarda. Los hilos de guarda se colocan por encima de los conductores de fase y están unidos a tierra en los apoyos de la línea. De esta manera se reduce el riesgo de caída directa del rayo sobre los conductores. Si el rayo cae sobre un apoyo, la corriente que circula por la estructura metálica de apoyo y a través de su toma de tierra da lugar a la aparición de una tensión importante entre la estructura y los conductores de fase. Esta tensión depende de la intensidad del rayo y de la impedancia que presenta el conjunto apoyo-hilos de guarda-toma de tierra para la onda de frente escarpado correspondiente. Si esta tensión supera el valor de la tensión de cebado de aislamiento conductor-apoyo, se produce una falla de aislamiento correspondiente, que se denomina cebado inverso. En los apoyos de las líneas de alta tensión no es fácil obtener valores de impedancia de la toma de tierra del apoyo para impulsos de frente escarpado inferiores a 10 Ohm, por lo que la probabilidad de un cebado inverso puede ser elevada para líneas

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de 132kV y más pequeña para las de 500kV debido a la mayor distancia en ellas entre los conductores y los apoyos. Por el contrario, para líneas de media tensión (inferiores a 66kV), las distancias de aislamiento son suficientemente bajas como para que la probabilidad de cebado inverso sea casi la unidad, no teniendo ningún efecto la instalación de hilos de guarda sobre el riesgo de falla de la línea. Si el rayo cae sobre un hilo de guarda, se originan dos ondas de intensidad de valor mitad del correspondiente al rayo, que caminan en sentidos opuestos hacia los apoyos, por los cuales se descargan. Acompañando a estas ondas aparecen otras dos de tensión, cuyo valor depende de la impedancia involucrada. Esta tensión en el punto de caída del rayo depende del valor relativo del tiempo que tarda la onda en llegar al apoyo más próximo y reflejarse en él y del tiempo de subida de la onda. La tensión en el hilo de guarda puede dar lugar a una falla del aislamiento entre hilos de guarda, y conductores de fase o entre éstos y los apoyos adyacentes, que depende de la distancia en el aire entre ellos. El punto más desfavorable es en el centro del vano, en que el tiempo citado es máximo. La menor flecha que se les suele dar a los hilos de guarda en las líneas sirve para aumentar la distancia de aislamiento en el centro del vano.

Análisis de métodos estadísticos Por lo expuesto en el apartado anterior, se desprende que para estudiar la incidencia de las sobretensiones por rayos en las redes aéreas debe recurrirse a métodos estadísticos, en virtud del carácter aleatorio de los distintos parámetros de dichas sobretensiones externas. Por tal razón, se suele hablar de una distribución de probabilidad de alcanzar una serie de valores. La experiencia indica que en primera aproximación, puede considerarse a dicha distribución como normal o gaussiana. Distintos modelos se han desarrollado para analizar esta cuestión, y periódicamente aparecen nuevas versiones para simular de mejor forma la acción de los rayos sobre las líneas. A continuación se presentarán los puntos más importantes de uno de ellos,

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como una introducción al tema y para ilustrar la cuestión. Un dato básico para el diseño de una línea frente al rayo es la frecuencia de caída de rayos por unidad de superficie y por unidad de tiempo. Esta frecuencia Nr generalmente se expresa en número de rayos por km² y por año. 

Este valor es función del nivel isoceráunico T de la zona, que es el valor medio de los días de tormenta al año en dicha zona. Una expresión empírica que los relaciona es:

Nr= T / 6

El valor T debe consultarse en los mapas de niveles isoceráunicos correspondientes a la región en que se instalará la línea en estudio. El modelo electrogeométrico del impacto del rayo sobre la línea considera que la descarga va precedida de la formación de un canal guía conductor, que la intensidad del rayo es proporcional a la tensión del canal guía previa a la descarga y que el canal guía da un salto final hacia aquel objeto que se encuentre a una distancia Dsf de la cabeza del canal, cuyo valor puede calcularse mediante la expresión:

Dsf= 9,4 . Raíz cúbica (I²)

Donde I es la intensidad de la descarga en kA, resultando la distancia en metros. Para la coordinación del aislamiento, suele definirse una tensión soportada estadística de la aislación Uc10%, que tiene una probabilidad del 90 % de ser soportada (10 % de falla) y puede calcularse mediante la expresión:

Uc10%= Uc50% - 1,3 . Stc 

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Donde Uc50% es la mediana de la distribución normal de tensiones de cebado y Stc su desviación estándar (que ronda el 4 a 5 %). Para distancias de aislamiento a través de cadenas de aisladores la Uc50% se determina a partir de los valores de tensión media de contorneo brindados por los fabricantes de los mismos.  Para distancias de aislamiento en aire, bajo condiciones atmosféricas normales, se puede obtener el valor de Uc50% en kV con: Uc50%= k . De

Donde De es la distancia mas corta que puede aparecer entre los electrodos (considerando la acción del viento, dilatación térmica, nieve, etc.), expresada en metros; y k es un coeficiente que depende de la distribución geométrica de los electrodos y que vale 550 en casi todos los casos, salvo para la combinación varilla en punta-plano en que vale 480. Como se indicó anteriormente, no todos los rayos que caen sobre un conductor de fase producen falla, ya que es necesario que su intensidad de cresta I sea tal que ocasione que las dos ondas generadas de sobretensión Us sean superiores a la de cebado de la aislación: Us= I . Zc / 2 Donde Zc es la impedancia Zc= 60 . ln (2 Ym / Re)

de

onda

del

conductor,

que

vale:

En la expresión anterior, Ym representa la altura media del conductor y Re el radio geométrico medio del conjunto de subconductores de fase. De esta forma, sólo los rayos de intensidad superior a un cierto valor crítico Icr darán lugar a una falla si caen sobre un conductor de fase. Su valor está definido por: Icr= 2 . Uc0% / Zc Uc0%= Uc50% - 2,5 . Stc

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Como la distancia a la cual el rayo da el salto final está relacionada con la intensidad del rayo, sólo los rayos cuyo salto final se produzca a una distancia superior a un valor crítico Dcr darán lugar a falla: Dcr= 9,4 . Raíz cúbica ((1,1 . Icr)²) El factor 1,1 tiene en cuenta la diferencia entre la intensidad del rayo cayendo sobre el conductor de fase y sobre una impedancia nula (tierra). Por otro lado, la probabilidad de caída de un rayo sobre un conductor de fase está muy influenciada por la existencia o no de hilos de guarda, y de existir, de su posición relativa. En presencia de hilos de guarda, se tiene un ángulo de apantallamiento Ap definido por el ángulo formado entre la vertical y la recta que une el hilo de guarda con el conductor. La determinación del ángulo necesario para un apantallamiento total Apt (sin posibilidad de fallas) se realiza a partir del modelo electrogeométrico indicado anteriormente. Analizando geométricamente la situación, se deduce: Apt= arc sen ((Dcr - Ym) / Dcr) - arc sen (0,5 . Dgcm / Dcr) Donde Dgcm es la distancia media entre hilo de guarda y conductor.  Para tener un apantallamiento total debe cumplirse que: Apt > Ap De no cumplirse esta condición debe realizarse el cálculo del riesgo de falla por apantallamiento insuficiente. Esto puede llegar a ser necesario cuando se tienen grandes líneas, en las cuales se requerirían importantes inversiones para construir estructuras que cumplan con la condición anterior, y por lo tanto se las puede diseñar admitiendo un cierto riesgo de falla de apantallamiento, por motivos económicos.  Para calcular el número probable de fallas por año y por 100 km originadas por apantallamiento insuficiente, se realizan simulaciones por computadora, en base al

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modelo electrogeométrico y evaluando diferentes amplitudes y ángulos de caídas de los rayos. Los parámetros a considerar son el ángulo de apantallamiento real, la altura media del hilo de guarda, la tensión de cebado y el nivel isoceráunico de la zona. La exposición de este asunto está más allá del alcance de este artículo y debe consultarse en los libros especializados. Finalmente digamos que en líneas sin hilos de guarda, puede estimarse el número de fallas por rayo mediante un método empírico que indica que el número de fallas por año y por 100 km de línea Nf vale: Nf= Nry . Pi Donde Nry es el número de rayos caidos sobre la línea por año y por 100 km, y Pi es la probabilidad de que la intensidad del rayo supere el valor Icr necesario para producir la falla. A su vez, estos valores se calculan mediante las expresiones: Nry= 2,7 . Ym . (T / 30) Pi= 10 exp (2 - Icr/60) ó log10 Pi= (2 - Icr/60) En las cuales Ym es la altura media del conductor más alto, T es el nivel isoceráunico de la región e Icr es la intensidad crítica en kA. El valor de Nf debe ser menor que la tasa de salidas de servicio preestablecida en los criterios básicos de proyecto. Degradación de material Otro motivo perjudicial a nivel de seguridad eléctrica y del propio transporte de energía es cuando un rayo impacta en el cable, éste sufre una degradación de material, es decir, la energía generada del rayo en el punto de contacto del cable, crea la fusión del material y perdida de éste por un lado, y por otro, la modificación de su resistencia mecánica. Un cable afectado por rayo, es un peligro inminente para el suministro eléctrico, ya que se puede partir y cortocircuitar los cables de tensión que están por debajo de él, creando más chispazos y fusión de los cables de tensión. El problema no es la desconexión del servicio, el problema es que seguramente este 21

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deterioro no se percibe en el momento de la reparación y más adelante puede aparecer el accidente de verdad.

Las empresas de control visual en vuelo, pueden apreciar el deterioro causado por un rayo en los cables de guarda, Las inclemencias meteorológicas; viento, nieve y lluvia heladora, pueden facilitar que un cable afectado por rayo se rompa, incluyendo el sobrepeso de los pájaros. Quien no ha visto centenares de pájaros encima de los cables, el problema no es el peso, el problema es el esfuerzo al salir al vuelo todo de golpe, ese esfuerzo genera que el cable se ponga en tensión y vibre.

Cable de guarda con fibra óptica

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Un cable de guarda con fibra óptica (también conocido como OPGW o en el estándar IEEE, un cable de guarda aéreo compuesto con fibra óptica) es un tipo de cable que se utiliza en la construcción de líneas de transmisión y distribución de energía eléctrica. Tal cable combina las funciones de conexión a tierra y de comunicaciones. Un cable OPGW contiene una estructura tubular con una o más fibras ópticas en el mismo, rodeadas por capas de hilos aluminio y acero. El cable OPGW se instala entre la parte superior de las estructuras de alta tensión. La parte conductora del cable sirve para unir las puestas a tierra de las estructuras adyacentes, protegiendo a las estructuras de las descargas atmosféricas. Las fibras ópticas dentro del cable se utilizan para la transmisión de datos a alta velocidad, ya sea para uso propio del sistema eléctrico de protección y control de la línea de transmisión, para la comunicación de voz y datos, o pueden ser alquilados o vendidos a terceros para servir como una interconexión de fibra de alta velocidad entre diferentes ciudades. La fibra óptica en sí está aislada del resto del conductor aéreo de la línea de transmisión eléctrica, por lo que protege las señales que transmite contra la inducción producida por una descarga atmosférica, el ruido externo y la diafonía. Típicamente los cables OPGW contienen fibras ópticas monomodo con baja pérdida de transmisión, lo que permite la transmisión a larga distancia y alta velocidad. La apariencia externa de OPGW es similar a un conductor ACSR o, generalmente utilizado como conductor de transmisión eléctrica.

El cable OPGW fue patentado por BICC en 1977, pero la instalación de los cables de guarda con fibra óptica se generalizó a partir de la década de 1980. En el año pico del 2000, alrededor de 60.000 kilómetros de OPGW se instalaron en todo el mundo; especialmente en China. Asia se ha convertido en el mayor mercado regional de cables OPGW utilizados para la construcción de líneas de transmisión.

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Construcción Se hicieron varios estilos diferentes de OPGW. En un tipo, las fibras ópticas entre 8 y 48 de vidrio se colocan en un tubo de plástico. El tubo se inserta en un acero inoxidable, aluminio, o tubo de acero recubierto de aluminio, con un poco de holgura longitud de la fibra permite para evitar la tensión en las fibras de vidrio. Los tubos de protección están llenos de grasa, para proteger la unidad de fibra a partir de agua y para proteger el tubo de acero de la corrosión, los intersticios del cable están llenos de grasa. El tubo está varado en el cable de aluminio, aleaciones de aluminio o de acero hebras, similar a un cable ACSR. Las hebras de acero proporcionan la fuerza, y los hilos de aluminio proporcionan conductividad eléctrica. Por número de fibras muy grandes, de hasta 144 fibras en un cable, se utilizan varios tubos. En otros tipos, una varilla de aluminio tiene varias ranuras en espiral alrededor del exterior, en el que se colocan las fibras en tubos de protección. La unidad de fibra se cubre con una cinta de plástico o de acero, y el conjunto rodeado de hebras de aluminio y acero. Las fibras individuales pueden estar en tubos de amortiguamiento “suelto”, donde el diámetro interior del tubo es mayor que el diámetro exterior de la fibra, o puede ser “tampón muy ajustada”, donde el tampón de plástico se recubre directamente sobre el cristal. Fibras para OPGW son monomodo tipo.

Comparación con otros métodos Las fibras ópticas son utilizadas por los servicios públicos como una alternativa a punto privado a señalar los sistemas de microondas, portador de línea de energía o circuitos de comunicación en los cables metálicos.

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OPGW como medio de comunicación tiene algunas ventajas sobre enterrado cable de fibra óptica . El costo de instalación por kilómetro es inferior a un cable enterrado. Efectivamente, los circuitos ópticos están protegidos del contacto accidental por los cables de alta tensión por debajo de (y por la elevación de la OPGW desde el suelo). Un circuito de comunicaciones realizadas por un cable OPGW sobrecarga es poco probable que sea dañado por los trabajos de excavación, reparación de caminos o la instalación de tuberías enterradas. Dado que las dimensiones generales y peso de un OPGW es similar al cable de puesta a tierra regular, las torres de apoyo de la línea no experimentan carga extra debido a las cargas de peso del cable, viento y hielo. Una alternativa a OPGW es el uso de los cables de alimentación para apoyar un haz de fibras se instala por separado-. Otras alternativas incluyen conductores de fibrasoporte compuesto de potencia (OPCC), o el uso de torres de transmisión para apoyar a un independiente autoportante totalmente dieléctrico cable de fibra sin elementos conductores.

Cable Aire giró como una guirnalda en una 110kV-powerline de EnBW AG cerca de Leonberg en Alemania. Aplicación Una utilidad puede instalar muchas más fibras de lo que necesita para sus comunicaciones internas, tanto para permitir a las necesidades futuras y también para arrendar o vender a las compañías de telecomunicaciones. Las tasas de alquiler para estos” fibras oscuras “(repuestos) pueden proporcionar una valiosa fuente de ingresos para la compañía eléctrica. Sin embargo, cuando se han expropiado los derechos de vía de una línea de transmisión de los terratenientes, de vez en cuando los servicios públicos se han restringido de tales contratos de arrendamiento sobre la

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base de que el derecho de paso original sólo se concedió para la transmisión de energía eléctrica. Líneas de distribución de baja tensión pueden llevar también cables OPGW para la unión y la comunicación; Sin embargo, los servicios públicos también pueden instalar (ADSS) cables auto portantes totalmente dieléctricos sobre líneas de postes de distribución. Estos cables son algo similares a los utilizados para la distribución de teléfono y televisión por cable. Mientras OPGW se instala fácilmente en la nueva construcción, las compañías eléctricas se encuentran el aumento de la capacidad de la fibra para ser tan útil que las técnicas se han elaborado para el reemplazo de los cables de tierra con OPGW en líneas energizadas. Vivir-línea de trabajo técnicas se utilizan para volver a la hebra torres con OPGW reemplazando el tipo totalmente metálica de hilos de blindaje aéreas. Instalación Instalación de OPGW requiere un poco de planificación adicional, ya que no es práctico para empalmar un cable OPGW en la mitad del tramo; las longitudes de cable adquiridos deben coordinarse con las luces entre las torres para evitar residuos. Cuando las fibras se deben unir entre longitudes, una caja de empalme resistente a la intemperie está instalada en una torre; un cuadro similar se utiliza para hacer la transición desde el OPGW a una planta fuera de solo cable de fibra para conectar las fibras a los equipos terminales. Tipos de protecciones para las descargas atmoféricas Existen diferentes sistemas de protección para las descargas de origen atmosférico. Quizá el más conocido sea el pararrayos, pero existen otros sistemas como, los cables de guarda o las jaulas de Faraday.

Cadena de suspensión y retención para cable de guarda

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CONCLUSIONES  El cable de guarda a las estructuras resulta eficiente y necesaria dado que los dispositivos resultan livianos y mecánicamente resistentes, fáciles de instalar y desinstalar, y se adaptan bien a diferentes estructuras.  El balance general del trabajo fue altamente satisfactorio dado que a través del desarrollo y fabricación de los dispositivos específicos, junto con el

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desarrollo e implementación de los métodos y procedimientos adecuados, se logró realizar el tendido de cable de fibra óptica tipo OPGW dentro de los plazos y costos previamente establecidos, manteniendo las instalaciones en servicio. Mediante los trabajos realizados se ha podido verificar la seguridad del procedimiento y el mantenimiento de los bajos índices de indisponibilidad de la red de transporte. Además representan un importante logro en la implementación de las Técnicas e Instructivos de Trabajos con Tensión, y deja sentadas las bases que sirven de experiencia para trabajos similares propios y/o asesoramiento a terceros. Se vio la forma de optimizar el sistema de transmisión para la protección del sistema y en nuestro caso, cable de guarda y pararrayos. Se vieron las diversas ecuaciones y formas para modelar dicho efecto, lo cual puede ser introducido en un programa de cálculo y hacer una simulación en diversas situaciones. Considerar que los fenómenos analizados son naturales por lo que estadísticamente se puede obtener su persistencia en un determinado lugar. El cable de guarda no solo protege a las líneas de transmisión contra las descargas atmosféricas sino también los protege contra las sobretensiones y soporta la temperatura máxima en caso de cortocircuito. Las adaptaciones de los dispositivos a las estructuras fue exitosa dado que los dispositivos resultaron livianos y mecánicamente resistentes, fáciles de instalar y desinstalar, y se adaptaron bien a las diferencias en las estructuras. El balance general del trabajo fue altamente satisfactorio dado que a través del desarrollo y fabricación de los dispositivos específicos, junto con el desarrollo e implementación de los métodos y procedimientos adecuados, se logró realizar el tendido de cable de fibra óptica tipo OPGW dentro de los plazos y costos previamente establecidos, manteniendo las instalaciones en servicio. Mediante los trabajos realizados se ha podido verificar la seguridad del procedimiento y el mantenimiento de los bajos índices de indisponibilidad de la red de transporte. Además representan un importante logro en la implementación de las Técnicas e Instructivos de Trabajos con Tensión, y deja sentadas las bases que sirven de experiencia para trabajos similares propios y/o asesoramiento a terceros.

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RECOMENDACIONES Ser cuidadosos y hasta obsesivos en la calidad y practicidad durante el desarrollo de los métodos de trabajo y en el diseño de las herramientas y de los dispositivos que se utilicen en Trabajos con Tensión. Los métodos deben ser prácticos, confiables, contemplando las diferentes labores que se realizan tanto en suelo como en altura, mientras que las herramientas y dispositivos también deben ser prácticos, livianos, fáciles de maniobrar y de instalar. Ello tiene consecuencia directa para que el operario que aplica la metodología y utiliza los elementos, realice su tarea sin esfuerzos excesivos y con la mayor comodidad posible. Esto da como resultado directo un alto índice de seguridad (fundamentalmente para el operario, pero también para las instalaciones), y redunda en un mayor rendimiento y eficiencia en la tarea.

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