¿Qué es el hundimiento en las líneas aéreas de transmisión de energía?

Cálculo del hundimiento en líneas aéreas de transmisión

¿Qué es el hundimiento?

El hundimiento en las líneas aéreas de transmisión de energía se refiere a la curvatura o caída natural hacia abajo que ocurre en las líneas eléctricas entre estructuras de soporte, como postes o torres de servicios públicos, debido a la influencia de la gravedad.

Esta curvatura es el resultado del peso y la tensión del cable y está diseñada para mantener las líneas a una distancia segura del suelo y otros objetos al tiempo que permite la expansión y contracción térmica. El hundimiento en las líneas de transmisión se calcula y controla cuidadosamente para garantizar que las líneas mantengan su altura adecuada sobre el suelo.

Como se muestra en la figura siguiente, el hundimiento es la diferencia de nivel entre dos puntos «A y B» y el punto más bajo «O» del conductor en una estructura de soporte, como una torre o un poste. Está representado por el símbolo de “S”. Donde el claro es la distancia entre dos estructuras de soporte, como postes de servicios públicos o torres de transmisión.

Artículos Relacionados:

Bueno saber:

La flexión y las tensiones de los conductores de línea cambian en respuesta a las fluctuaciones de temperatura debido a la expansión y contracción térmica.

• Cuando la temperatura aumenta (debido al exceso de luz solar), la longitud del conductor se expande, lo que provoca un aumento del pandeo.
• Cuando la temperatura disminuye (debido a las nevadas y la capa de hielo alrededor del conductor), la longitud del conductor se contrae, lo que provoca un aumento de la tensión, lo que reduce el hundimiento.

Cálculo de hundimiento en líneas eléctricas

Cuando los soportes están al mismo nivel

Supongamos que un conductor está suspendido entre dos soportes, A y B, a iguales alturas, con el punto más bajo del conductor marcado como ‘O’. Se puede comprobar que el punto más bajo del conductor se ubica en el punto medio del tramo, lo que significa que estará en la mitad de la longitud total del conductor.

Suponer,

• La longitud entre dos torres de soporte = luz = l metro
• Peso del conductor por unidad de longitud = W. kg/m.
• Tensión en el conductor = t kg

Hemos designado un punto ‘P’ en el conductor y tomado el punto más bajo del conductor, ‘O’, como centro. Supongamos que las coordenadas del punto ‘P’ son X y y. Ahora, consideremos un escenario donde la curvatura (longitud) es tan pequeña que la longitud curvada es igual a la proyección horizontal.

OP = X

Las dos fuerzas aplicadas sobre la parte OP del conductor son:

1. Peso del conductor (W.X) aplicado en X/2 a una distancia del punto “O”.
2. Tensión (T) aplicada en el punto “O”.

Resolviendo para los momentos de ambas fuerzas aplicadas sobre el punto “O”.

El hundimiento máximo”S”en el soporte A o B puede representarse por “y“.

Suponer, S = y y x = l/2, entonces;

Pandeo en el soporte A:

Cuando los soportes están en niveles desiguales

En las regiones montañosas, los conductores suelen instalarse sobre soportes resistentes a diferentes alturas. Consideremos un escenario en el que un conductor de línea eléctrica está colgado entre dos soportes, «A» y «B», siendo el punto «O» el punto más bajo de la línea colgante.

• Longitud del tramo = l metro
• Diferencia entre el nivel de soportes (altura) = h metro
• Distancia del soporte A al O = X₁ metro
• Distancia del soporte B a O = X₂ metro
• Tensión en el conductor = t kg

Si el peso por unidad de longitud del conductor = W.entonces;

Lo sabemos;

Suponer, X = X₁ y y = S₁entonces;

Hundimiento S₁ en el soporte A:

Hundimiento S₂ en el soporte B:

Del higo se desprende claramente que;

X₁ + X₂ = L… (Ecuación 1)

La diferencia de altura (h) entre S₁ y S₂;

Lo sabemos S₁ – S₂ = hpor lo tanto;

Resolviendo las ecuaciones 1 y 2, obtenemos;

Los cálculos y fórmulas anteriores son aplicables sólo en condiciones de temperatura ambiente, sin considerar la capa de hielo ni la presión del viento sobre el conductor.

Efecto del viento y el hielo sobre el hundimiento

Los efectos del hielo y la presión del viento sobre los conductores de las líneas eléctricas pueden ser importantes y potencialmente perjudiciales. Aquí hay algunos puntos clave:

1. Aumento de peso: Cuando el hielo se acumula en los conductores de las líneas eléctricas, agrega peso a las líneas. El peso del hielo puede hacer que los conductores se comben, lo que podría provocar una reducción del espacio vertical entre los conductores y el suelo, las estructuras o la vegetación.
2. Mayor estrés mecánico: La presión del viento, especialmente durante tormentas fuertes, ejerce fuerzas sobre los conductores. La combinación de hielo y presión del viento puede provocar un aumento de la tensión mecánica en los conductores, postes y torres. Esta tensión puede comprometer la integridad estructural de los componentes de la línea eléctrica.
3. Cambios de hundimiento y tensión: La acumulación de hielo y la presión del viento pueden alterar el hundimiento de los conductores afectando su tensión. Esto puede provocar efectos indeseables, como la rotura del conductor, especialmente si la tensión del conductor excede los límites de seguridad.
4. Interrupciones relacionadas con el hielo: El hielo acumulado en los conductores puede provocar cortes de energía al aumentar la probabilidad de falla del conductor o provocar cortocircuitos. El hielo también puede dañar los aisladores y los componentes asociados.

Cálculo del hundimiento en presencia de hielo y presión del viento

Peso total del conductor por unidad de longitud.

W._t = √(W._C + Wi )² + (W._w)²

Dónde:

• W._C = peso del conductor por unidad de longitud
• W._i = peso del hielo por unidad de longitud
• W._w = Fuerza del viento por unidad de longitud

Densidad del hielo:

Dónde:

• d = diámetro del conductor
• t = Espesor de la capa de hielo alrededor del conductor

Presión del viento (P):

W._w = fuerza del viento por unidad de longitud

= presión del viento por unidad de área × área proyectada por unidad de longitud

Cuando tanto la presión del viento como la capa de hielo están presentes en el conductor, entonces:

• El conductor se mantendrá verticalmente en un ángulo θ que se puede calcular mediante la siguiente fórmula.

• La flexión del conductor se puede determinar mediante la siguiente fórmula

• Pandeo vertical en el conductor.

S_V = S Cos θ

¿Por qué es obligatorio el hundimiento en los conductores de líneas de transmisión?

El hundimiento es obligatorio en los conductores de líneas de transmisión por varias razones importantes:

1. Seguridad: Sag garantiza que las líneas de transmisión permanezcan a una distancia segura del suelo, las estructuras y la vegetación. Esto ayuda a prevenir accidentes y peligros eléctricos, asegurando la protección de las líneas aéreas, así como de personas y bienes.
2. Previene el sobrecalentamiento: El hundimiento permite la expansión y contracción térmica de los conductores a medida que se calientan y enfrían. Esto ayuda a disipar Calienta y evita el sobrecalentamiento, que puede dañar los conductores y provocar cortes de energía.
3. Reduce la tensión: La cantidad controlada de hundimiento reduce la tensión en los conductores. Esto es especialmente importante durante las fluctuaciones de temperatura y los vientos fuertes, ya que una tensión excesiva puede provocar la rotura del conductor.
4. Mantiene espacios libres eléctricos: La flexión adecuada garantiza que los conductores mantengan distancias eléctricas adecuadas con respecto al suelo, objetos cercanos y otros conductores, evitando cortocircuitos y fallas eléctricas.
5. Resiste cargas dinámicas: El hundimiento ayuda a los conductores a soportar cargas dinámicas, como las causadas por el viento y el hielo, sin experimentar una tensión mecánica excesiva.

Artículos Relacionados:

Desventajas de Loos Sage en líneas eléctricas

Las desventajas de tener una flexión excesiva o floja en las líneas eléctricas incluyen:

Distancia al suelo reducida: Un hundimiento flojo puede provocar una disminución de la distancia vertical al suelo entre los conductores y el suelo y las estructuras. Esto puede aumentar el riesgo de arcos eléctricos, incendios y posibles riesgos de seguridad.

Pérdida de resistencia mecánica: Un pandeo excesivo puede ejercer una tensión indebida sobre los conductores y las estructuras de soporte, lo que genera debilidades mecánicas y un mayor riesgo de falla estructural.

Daño al conductor: Una flexión floja puede hacer que los conductores oscilen o se balanceen, aumentando las posibilidades de contacto entre conductores o entre conductores y objetos. Esto puede provocar daños en los conductores, cortocircuitos y cortes de energía.

Riesgos para la seguridad: El hundimiento flojo puede representar riesgos para la seguridad de las personas y la propiedad. Puede crear un riesgo de descargas eléctricas, incendios y otros accidentes.

Pérdida de eficiencia: Cuando los conductores no están tensados ​​adecuadamente, puede provocar un aumento de las pérdidas en la línea debido a una mayor resistencia en el sistema de transmisión de energía. Esto puede reducir la eficiencia general de la red de distribución de energía.

Impacto del viento y el hielo: El hundimiento flojo puede hacer que las líneas eléctricas sean más vulnerables al impacto de fuertes vientos y acumulación de hielo. Esto puede provocar daños en los conductores, roturas e interrupciones del servicio durante condiciones climáticas adversas.

Preocupaciones estéticas: El hundimiento flojo puede dar lugar a una apariencia antiestética de las líneas eléctricas, que puede no ser bien recibida por la comunidad o las autoridades locales.

En resumen, el hundimiento flojo en las líneas aéreas de transmisión tiene los siguientes impactos en el sistema eléctrico.

• Se requieren postes y torres altos para la instalación.
• Se necesitan cimientos fuertes para las estructuras (torres).
• El costo de instalación aumenta con el tamaño de la estructura de soporte.
• Para la instalación se necesitan brazos transversales fuertes y pesados.
• Se requiere más material conductor debido a la mayor longitud del cable.
• También aumenta el peso del conductor.
• Se necesitan cadenas de aisladores adicionales para la instalación.
• Hay un aumento de las vibraciones.
• El espaciado desigual entre conductores aumenta el riesgo de colisiones durante una tormenta.

Artículos Relacionados