Tema 3: CLASIFICACIÓN DE LOS APOYOS SEGÚN SU FUNCIÓN

CLASIFICACIÓN DE LOS APOYOS SEGÚN SU FUNCIÓN

Apoyos de alineación:

Sirven solamente para soportar los conductores y cables de tierra y solamente han de emplearse en alineaciones rectas. Se denominan también apoyos de sustentación y se proyectan para quedar sometidos solamente a los esfuerzos transversales debidos al viento.

Apoyos de ángulo:

Se emplean para soportar los conductores y cables de tierra en los vértices de los ángulos que forman dos alineaciones distintas. Deben proyectarse para soportar los esfuerzos verticales, los esfuerzos transversales debidos al viento y los esfuerzos transversales debidos a la tracción de los conductores.

Apoyos de anclaje:

Sirven para proporcionar puntos firmes en la línea que limiten la propagación en esta de esfuerzos longitudinales de carácter excepcional (por ejemplo, la rotura de uno de los cables). Se disponen en línea recta cada 2 o 3 Km., en sustitución de los postes de alineación y también se denominan apoyos de amarre.

Apoyos de fin de línea:

Estos apoyos deben resistir, en sentido longitudinal de la línea, los esfuerzos longitudinales de todos los conductores y cables de tierra; se montan al principio o al final de una línea aérea, cuando el esfuerzo longitudinal de los conductores no está equilibrado por la acción de un apoyo contiguo, como sucede, por ejemplo, al pasar de un cable subterráneo de salida de una estación transformadora a la línea aérea de transporte de la energía eléctrica. Como es natural, estos apoyos han de soportar también los esfuerzos transversales debidos a la acción del viento y los esfuerzos verticales debidos al peso propio de los conductores y eventualmente, de los manguitos de hielo formados sobre ellos.

CONDUCTORES PARA LÍNEAS AÉREAS

Los conductores utilizados en la construcción de líneas eléctricas deben poseer tres cualidades fundamentales:

a. Deben presentar una resistencia eléctrica baja, de manera que se reduzca lo más posible la pérdida de energía asociada al efecto joule.

b. Deben tener una resistencia mecánica elevada de manera que se asegure una resistencia suficientemente alta a los esfuerzos mecánicos.

c. Deben tener un precio accesible para no encarecer la instalación.

Los materiales que satisfacen estas condiciones son un número relativamente reducido, siendo los más importantes: el acero, el cobre y el aluminio; también se utilizan aleaciones de algunos de estos metales como en el caso del aluminio y el cobre, existiendo en la práctica combinaciones de ellos en un mismo cable.

Si se compara el producto peso específico por resistividad entre el aluminio y el cobre, se tiene:

Es decir, el peso de un conductor de cobre es dos veces mayor que el de un conductor de aluminio de las mismas características eléctricas; pero, hay que tener en cuenta que el aluminio tiene una resistividad mayor que la del cobre

Aunque el precio del aluminio en el mercado es aproximadamente el doble que el del cobre, su menor peso reduce el precio en algunos elementos auxiliares como es el caso de los aisladores, apoyos, herrajes, etc. y de ahí una razón más para la sustitución del cobre por el aluminio en las líneas aéreas actuales. (En general suele decirse que los conductores de aluminio pueden compararse ventajosamente con los de cobre a partir de secciones de 35 mm)

Es frecuente emplear en la construcción de las líneas aéreas el denominado cable “aluminio-acero” que combina u sistema con buenas propiedades eléctricas unido a una gran resistencia mecánica del conjunto. El alma de estos cables está formada por los hilos de acero, rodeados por conductores de aluminio.

AISLADORES Y HERRAJES

En las líneas eléctricas aéreas, los conductores deben ir aislados de los apoyos correspondientes porque generalmente estos conductores se emplean sin aislamiento propio, es decir, desnudos. Por lo tanto, se necesita un elemento intermedio, denominado aislador, de buenas propiedades dieléctricas, que aísle totalmente los conductores de baja tensión, de los apoyos que soportan la línea. La unión de los conductores a los aisladores y de los aisladores a los apoyos, se efectúa por medio de piezas metálicas denominadas herrajes y que, naturalmente, están aislados entre sí por medio del material que constituye el aislador.

Por lo tanto, la misión fundamental del aislador es evitar el paso de la corriente del conductor al apoyo. Este paso de corriente puede producirse por cualquiera de las causas que se citan a continuación:

a. por conductividad de masa; es decir, a través de la masa del aislador, como corriente de fuga. Con los materiales actualmente empleados en la fabricación de aisladores, la corriente de fuga resulta despreciable y no se tiene en cuenta.

b. por conductividad superficial; o sea contorneando la parte exterior del aislador por aumento de su conductividad debido a la formación de una capa de humedad, de polvo o de sales depositadas sobre la superficie del aislador

c. por perforación de la masa del aislador; esta circunstancia tiene poca importancia en los aisladores para baja tensión, ya que el material constituyente del aislador resulta suficiente para evitar la perforación. Pero en alta tensión, el peligro es mucho mayor, sobre todo en aisladores de gran espesor pues, en este caso, es muy difícil fabricarlos de forma que conserven sus propiedades dieléctricas en toda su masa. Un fallo de estas propiedades en algún punto del interior del aislador puede provocar su perforación. Por esta razón, los aisladores para altas tensiones se fabrican muchas veces en varias piezas superpuestas de reducido espesor, unidas entre sí por una pasta especial; de esta forma se evita el peligro de que puedan existir defectos en el interior de la masa del aislador, ya que la estructura de este puede vigilarse cuidadosamente durante su fabricación.

d. por descarga disruptiva a través del aire; formándose un arco entre el conductor y el soporte a través del aire, cuya rigidez dieléctrica no basta para evitar la descarga. En ciertas ocasiones, la rigidez dieléctrica del aire disminuye como sucede con la lluvia, porque los filetes de agua de lluvia que se desprenden de la superficie del aislador toman el potencial del conductor y se encuentran a menor distancia del soporte que de aquel. Estas descargas pueden evitarse por un diseño adecuado de los aisladores que han de trabajar a la intemperie, es decir, sometidos a la acción de la lluvia; para aumentar la distancia existente entre conductor y soporte, el perfil de estos aisladores se hace con una o de varias ondulaciones en forma de campana, con lo que aumenta la tensión necesaria para que se forme el arco.

AISLADORES DE APOYO

Estos aisladores se utilizan en líneas eléctricas aéreas de baja y media tensión. Están formados por un elemento de porcelana o de vidrio, de forma apropiada para soportar al conductor y para fijarlo a la cruceta o apoyo a través del herraje correspondiente. El conductor puede fijarse en la ranura situada en la cabeza del aislador o en la garganta de éste, atándolo convenientemente por medio de ligaduras o hilos de retención.

Los aisladores tienen, por lo general, forma de campana; unas veces son de una sola pieza y otras veces están constituidos por 2, 3 o más campanas unidas entre sí por un cemento especial después de la cocción de la porcelana, dado que el gran espesor necesario no permitiría realizar esta cocción en buenas condiciones si el aislador estuviera constituido por una sola pieza.

El objetivo perseguido al adoptar la forma de campana es conseguir un perfil que alargue las líneas de fuga superficial entre el conductor, situado en la ranura de la cabeza o en la garganta, y el soporte metálico del aislador; naturalmente, cuanto más alta es la tensión de servicio, mayor longitud para las líneas de fuga, es necesaria: es decir, que el aislador habrá de ser de mayor tamaño y estar constituido por mayor número de campanas. La campana superior, cuyo efecto protector es mucho más importante que el realizado por las demás, es la que tiene el mayor diámetro.

AISLADORES DE SUSPENSIÓN

En los aisladores de suspensión, la fijación del conductor al aislador se realiza por suspensión de aquél mediante herrajes adecuados; a su vez, el propio aislador está fijado también por suspensión al apoyo correspondiente; y finalmente, estos aisladores están constituidos generalmente por varias piezas iguales, formando una cadena, y fijadas entre sí por suspensión.

Estos aisladores son más caros que los aisladores de apoyo y solamente resultan competitivos con ellos al ser usados en alta tensión. Sin embargo, a causa de sus numerosas ventajas, muchas empresas los han adoptado para media tensión, empleando aisladores de suspensión de menores dimensiones.

Entre las ventajas de estos aisladores podemos indicar que, a partir de un pequeño número de tipos normalizados, se pueden preparar cadenas de aisladores, para diferentes tensiones de servicio; el número de elementos de la cadena depende de la tensión de servicio de la línea y del tipo y tamaño de estos elementos que deben elegirse, además, de acuerdo con la máxima tensión mecánica que ejercerán los conductores.

La disposición de varias piezas iguales facilita el montaje cómodo y la rápida reposición de las piezas defectuosas; además, la rotura de un elemento no obliga a la interrupción del servicio como ocurre con los aisladores de apoyo. Por otra parte, las reparaciones son mucho más económicas ya que debe reponerse uno de los elementos de la cadena y no todo el aislador como sucede con los aisladores de apoyo.

Otra de las ventajas de los aisladores de suspensión es que permiten aumentar fácilmente, si es necesario, el nivel de aislamiento de una línea, bastando para ello aumentar el número de elementos de cada cadena; de esta forma, se puede elevar sin grandes dificultades, la tensión de servicio de una línea prevista inicialmente para una tensión de servicio menor.

Como contrapartida, entre los inconvenientes de los aisladores de suspensión podemos indicar, ante todo, que las partes sometidas a fuertes cargas mecánicas también son solicitadas eléctricamente por lo que, a pesar de su cuidadosa construcción hay que contar con cierto número de fallos en servicio. Además, al acumularse depósitos de materias extrañas en las superficies aislantes, surgen perturbaciones en el servicio que solamente pueden evitarse mediante una continua comprobación del estado eléctrico de los aisladores, que debe realizarse durante el servicio; por lo tanto, esta comprobación exige elevados gastos de mantenimiento.

A pesar de estos inconvenientes y, teniendo en cuenta las ventajas citadas anteriormente, los aisladores de suspensión se han impuesto rotundamente en las grandes líneas de transporte; podemos decir que, a partir de tensiones de servicio de unos 70 kV, han sustituido totalmente a los aisladores de apoyo y que, incluso a más bajas tensiones, compiten en muchos casos con ellos.

Luego de leer detenidamente el documento, responda las siguientes preguntas

1. ¿Qué función cumplen los apoyos de anclaje y cómo se disponen en la línea?

2. ¿Por qué es necesario utilizar aisladores en las líneas eléctricas aéreas y cuál es su principal función?

3. ¿Qué materiales se utilizan comúnmente en la construcción de conductores para líneas aéreas y por qué se prefiere el aluminio sobre el cobre en algunas situaciones?

4. ¿Qué características deben cumplir los conductores utilizados en la construcción de líneas eléctricas y por qué es importante que tengan una resistencia mecánica elevada?

5. ¿Cómo se diseñan los aisladores de apoyo para prevenir descargas eléctricas a través del aire?