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19 mayo, 2015

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Apantallamiento de líneas de transmisión con cable de guarda

El cable de guarda es un conductor tendido en paralelo y sobre los conductores de fase de una línea de transmisión. Se encuentra ubicado en la parte superior de la estructura, de tal forma de cubrir o apantallar los conductores de fase.

 

Cuando se tiene una disposición de los conductores de fase en doble circuito, se requiere dos cables de guarda para proporcionar una protección eficaz a los conductores de fase, debido a descargas eléctricas directas (rayos), mientras que en la configuración vertical se requiere un solo cable de guarda. El cable de guarda generalmente está compuesto por hilos de acero galvanizado o es usual usar en las líneas de transmisión modernas el mismo calibre del conductor ACSR usado en los conductores de fase. El material y el tamaño del conductor requerido en el diseño provienen mas de una consideración mecánica que eléctrica. Una reducción de la resistencia efectiva a tierra se puede lograr por medios relativamente simples y más baratos.

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El cable de tierra tiene los siguientes objetivos:

  1. Protege los conductores de fase de las descargas eléctricas directas.
  2. Cuando un rayo cae sobre la torre, los cables de guarda a ambos lados de la torre proporcionan caminos paralelos para la descarga, con lo que la impedancia efectiva se reduce y el potencial de la parte superior de la torre es relativamente menor.
  3. Existe acoplamiento eléctrico y magnético entre el cable de guarda y los conductores de fase, lo que ayuda a reducir las fallas de aislamiento.

 

El ángulo de protección del cable de guarda se define como el ángulo entre la línea vertical que pasa por el cable de guarda y la línea que une el cable de guarda y el conductor de fase mas alejado de la estructura. La zona de protección brindada es un cono con vértice en el cable de guarda y con una base que termina en el conductor de fase mas alejado de la estructura (ver figura siguiente). Según Lacey, un cable de guarda ofrece una protección adecuada a todos los conductores de fase que se encuentran debajo de un cuadrante circular con centro a la altura del cable de guarda y con su radio igual a la altura del cable de guarda por encima del suelo. Si se utilizan dos o más cables de guarda, la zona de protección entre los dos cables adyacentes puede ser tomado como un semi-círculo que tiene como diámetro una línea que conecta los dos cables de guarda (Fig.). La experiencia de campo junto a las investigaciones de laboratorio, han demostrado que el ángulo de protección debe ser de casi 30 ° en zonas llanas mientras que el ángulo disminuye en zonas montañosas en un valor igual a la pendiente de la colina.

 

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La tensión a la que una torre de transmisión se eleva cuando un rayo cae sobre la torre, es independiente de la tensión de funcionamiento del sistema y por lo tanto el diseño de línea de transmisión contra rayos para un rendimiento deseado es independiente de la tensión de funcionamiento. El requisito básico para el diseño de una línea basada en trazo directo son:

 

(I) Los cables de tierra utilizados para el blindaje de la línea deben ser mecánicamente fuerte y deben estar situados de manera que proporcionan protección suficiente.

 

(Ii) No debe haber espacio suficiente entre el poder conductores sí y entre los conductores de potencia y el suelo o la estructura de la torre para una tensión de servicio particular.

 

(Iii) La resistencia pie de la torre debe ser tan baja como puede ser justificado económicamente.

 

Para cumplir con el primer punto, el cable de tierra, como se dijo anteriormente está hecho de alambre de acero galvanizado o alambre ACSR y el ángulo de protección decide la ubicación del cable a tierra para blindaje efectivo. El segundo factor, es decir, un espacio libre adecuado entre el conductor y la estructura de la torre se obtiene mediante el diseño de una longitud adecuada de brazo transversal tal que cuando una cadena se le da un giro de 30 ° hacia la estructura de la torre del espacio de aire entre el conductor de alimentación y estructura de la torre debe ser lo suficientemente bueno para soportar la tensión de conmutación esperada en el sistema, normalmente cuatro veces el voltaje de línea a tierra.

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Los espacios entre los conductores también deben ajustarse mediante el ajuste de la holgura de modo que se evitan las descargas disruptivas mediados palmo. El tercer requisito es tener una baja resistencia a la torre de pie económicamente factible. El valor estándar de esta resistencia aceptable es de aproximadamente 10 ohmios para 66 kV y aumenta con la tensión de servicio.Para 400 kV es aprox. 80 ohmios. La resistencia a la torre de pie es el valor de la resistencia pie cuando se mide a 50 Hz. El rendimiento de la línea con respecto a un rayo depende del valor de impulso de la resistencia que es una función de la resistividad del suelo, gradiente de ruptura crítico del suelo, la longitud y el tipo de motivos o contrapesos accionados y la magnitud de la corriente de sobretensión. Si la construcción de la torre no da un valor adecuado de la resistencia de condiciones, se adoptan métodos siguientes. Una posibilidad podría ser el tratamiento químico del suelo. Este método no es posible en la práctica debido a la larga duración de las líneas y porque este método necesita control regular sobre las condiciones del suelo. No es posible comprobar las condiciones del suelo en todos y cada torre de la línea que se ejecuta en varios kilómetros. Por lo tanto, este método se utiliza más para la mejora de los terrenos de la subestación.

 

Fuentes: zone4info.com

Libro de texto de referencia: “High voltage engineering”, por C.L. Wadhwa

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6 Comentarios Publica un comentario
  1. avatar
    Manuel Jiménez Aguilera
    Ago 20 2019

    Por qué algunas líneas de distribución llevan el Cable de Guardia bajo las tres fases y no arriba como es lo normal?

    Responder
  2. avatar
    Elver Galarga
    Mar 8 2018

    Hola 🙂

    Responder
  3. avatar
    Ene 7 2017

    En lo referente a los spt de lineas de transmision, existen los llamados cementos conductivos, que en el caso del Celec, conduce electricidad en forma ionica y electronica. Su uso se basa estrictamente en la medicion de la resistividad del suelo y el empleo de ecuaciones normalizadas de IEEE. el Celec, protege de la corrosion a los electrodos de cobre gasta 74 años.

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  4. avatar
    Juan Antonio
    Ene 5 2017

    Estimado,
    El reporte, bajo mi punto de vista se queda corto con respecto a la ubicacion del cable de guarda en la geometria de la torre. La explicacion es simple y para personas que tienen la curiosidad de saber para que sirven estos cables y su importancia dentro del funcionamiento de la línea de transmision. Falta explicar que no son 30 grados como el nivel de covertura de la posicion dl guarda. La posición se define por su nivel de voltaje y el análisis de modelo electrogeometrico que toma encuenta parámetros como el nivel isoceraunico de la zona y la magnitud estimada de la descarga atmosferica. Para una mejor referencia vease EPRI red book.
    Saludos

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  5. avatar
    Ene 3 2017

    muy interesante sus articulos.

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  6. avatar
    Leonardo Roa
    Sep 21 2015

    Excelente articulo, los felicito es muy clara la información.

    Responder

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