Sustitución de guardas convencionales por OPGW sobre línea viva

Esta sustitución se realizó en una línea de transmisión de alta tensión de 400kV, y recopila la experiencia polaca en este tema.

 

Resumen: Este artículo presenta los métodos de instalación para la sustitución de los cables de tierra convencionales con cables de tierra ópticos (OPGW) bajo líneas de transmisión de energía eléctrica.

Los dos métodos de instalación: el método de encordado de tensiones y el método de encordado de bloques de cuna han sido descritos en el artículo. La preparación para el trabajo de instalación está precedida por el diseño de la instalación en línea de OPGW y el análisis del campo electromagnético, que se realizan bajo trabajo en línea. Las experiencias positivas obtenidas de la ejecución de los proyectos de instalación de OPGW, abren una ventana de oportunidad para utilizar las técnicas descritas en la amplia gama de trabajos en vivo en las líneas de transmisión de Polishpower.

Las primeras obras bajo líneas eléctricas aéreas se han llevado a cabo hace sólo unos pocos años, son una nueva experiencia para las operaciones, así como la ejecución del proyecto, pero estas perspectivas las obras de mejora de la transmisión de potencia y las capacidades de comunicación de las líneas existentes. El reemplazo a gran escala de los cables de tierra convencionales por parte de OPGW es parte de la modernización de la red y hasta ahora estos trabajos han requerido una interrupción planificada de la línea de transmisión. Sin embargo estos días los operadores de la transmisión de energía han estado imponiendo restricciones a las interrupciones planeadas.

Durante los fines de semana y días festivos debido a condiciones climáticas inesperadas estas obras se ponen en riesgo. Para hacer frente a las dificultades con respecto a la organización del trabajo se desarrollaron técnicas, que podrían permitir woks en línea. En Polonia se han adoptado gradualmente los conocimientos especializados de varios países, descritos en varios artículos [2, 3, 10, 11, 13, 14] sobre métodos de reemplazo de cables de tierra convencionales por OPGW en condiciones de línea viva [1,4,5,6] . Se han obtenido primeras experiencias positivas en líneas aéreas suecas de 400 kV, en las que se ejecutó el proyecto de instalación en línea de OPGW en una parte de la línea, que consistía en colocar el cable de tierra en las poleas, OPGW. Junto con la compra de equipo, la capacitación del personal para el trabajo en vivo se ha basado en la experiencia de las empresas italianas [2]. Después de la formación, se ha adquirido experiencia en líneas especialmente accesibles para este fin por el operador de líneas de transmisión. Durante 2009/2010, las obras en directo se han ejecutado con éxito en la línea de 400 kV Gdańsk Błonia – Grudziądz y Kozienice – Miłosna. El diseño tecnológico de la instalación de líneas vivas de OPGW se ha basado en las reglas dadas en el Catálogo de Tecnología de Trabajo en Vivo autorizado por el Operador de la Red Nacional – PSE Operator SA, para uso en líneas de transmisión bajo su jurisdicción (junio 2009, Technology Data Sheet no 400LP051: Replacement and installation of Cables de tierra convencionales con OPGW usando el método de encordado de tensión y el método de encordado de bloques de cuna en líneas eléctricas de 400 kV).

Reemplazo de cables de tierra convencionales con OPGW de acuerdo con las normas internacionales.

Las normas consolidadas de la UE para el funcionamiento de la instalación eléctrica, que se están creando últimamente, se basan en las siguientes normas europeas (que también tienen equivalentes polacos): EN 50110-1 y EN 50110-2 [9]. Para calificar ciertas obras como obras en vivo, no es sólo para comprobar la distancia al potencial, sino que además de esto, varios otros parámetros. Por lo tanto, las normas para la sustitución de los cables de tierra bajo condiciones de línea en directo se dan en normas especial dedicadas. La EN 60743 -Vive trabajando. Terminología para herramientas, equipos y dispositivos «en el capítulo 14 describe los elementos fundamentales de los equipos, que serán utilizados para el reemplazo de alambres. Por otra parte, cuando el reemplazo de alambre ha sido calificado como trabajo vivo, no significa necesariamente que muchas obras que forman parte de la tarea no pueden ser hechas usando otros métodos. El diseño manual o tecnológico dedicado debe describir en detalle qué trabajos relacionados con la tarea del trabajo son obras en vivo, donde se aplican reglas especiales y cuáles no.

 

Había técnicas y tecnologías desarrolladas en todo el mundo que permiten reemplazar el cable de tierra estándar con OPGW sin interrupción de la línea de transmisión. Simultáneamente estas obras se pueden hacer sobre los objetos / instalaciones / otras líneas de energía vivas, que esta línea está cruzando. Los requisitos se estandarizan y se dan en los siguientes informes técnicos (en Polonia, disponible en inglés):

Directrices para la instalación y el mantenimiento de cables de fibra óptica en líneas aéreas de alta tensión [7], – IEC / TR 62263:

– IEC / TR 61328: 2003 Funcionamiento en directo – Directrices para la instalación de conductores de línea de transmisión y cables de tierra – equipos de encordado y accesorios [8].
Aparte de los informes anteriores, los requisitos nacionales relativos a la ejecución de estas tecnologías se basan en las siguientes normas:
– EN 61230 Trabajo en directo – Equipo portátil para puesta a tierra o puesta a tierra y cortocircuito.
– EN 61477: 2002 Funcionamiento en directo. Requisitos mínimos para la utilización de herramientas, dispositivos y equipos.
– EN 62192 Trabajo en directo. Cuerdas aislantes.
– EN 60895 Trabajo en directo. Ropa conductora para uso con una tensión nominal de hasta 800 kV a.c. Y ± 600 kV d.c.
– EN 61472 Trabajo en directo. Distancia de aproximación mínima para a.c. Sistemas en el rango de tensión de 72,5 kV a 800 kV. Método de cálculo.
Teniendo en cuenta las enmiendas a las normas, hubo reglamentos detallados formulados y presentados en:

 

• Manual de instrucciones para la organización del trabajo durante la sustitución de cables de tierra con OPGW o de tipo estándar (AFL), así como la instalación de cables de fibra óptica en líneas de transmisión de 220 kV y 400 kV. – Estudio de caso de ELTEL Networks Olsztyn S.A. no IT-3 / LWN-PPN / 13 a partir del 27 de abril de 2008r., ¡

Así como directamente relacionado con el manual de instrucciones anterior:

• Instrucción tecnológica detallada para el reemplazo del alambre de tierra en las líneas de transmisión de energía eléctrica de 220 KV y 400 kV – por ELTEL Networks Olsztyn S.A. [12]

 

Las normas y requisitos establecidos en las normas internacionales e incluidos en las instrucciones son plenamente adoptados por las empresas contratistas durante la ejecución del proyecto, lo que demuestra la profesionalidad en la implementación de la experiencia mundial.

Para la sustitución de hilos de tierra convencionales con OPGW en condiciones de línea en vivo se implementaron los dos métodos bien conocidos: método de encordado de tensión y método de encordado de bloque de cuna.

 

Método de tensión

La instalación de OPGW usando el método de encordado de tensión en las líneas de transmisión de energía en vivo consiste en desenrollar el cable OPGW utilizando un tirador y un tensor (ver Figura 1).

Estos dispositivos tendrán la posibilidad de regular la tensión en el cable y la velocidad de tracción durante la instalación del cable. Además, estos dispositivos tendrán freno hidráulico, que detiene automáticamente el tirador y el tensor cuando se supera el punto de ajuste de tensión o cuando el cable está roto.

 

Controlando la tensión en el cable y la velocidad de tracción, es posible mantener la fuerza de encordado al mismo nivel y mantener una distancia eléctrica segura entre los cables de tierra y los cables de fase.

Durante la instalación de cables OPGW en líneas de transmisión de energía en vivo, se utilizan cables de aislamiento debido a su peso ligero. En cada torre de la sección de tensión están montados los bloques de polea, sobre los cuales se encuentra el hilo de tierra. El cable de tierra, que se está reemplazando, se utiliza como línea de mensajería para el cable OPGW. En este caso, se debe verificar si el cable de tierra existente en la línea está en buenas condiciones, si no hay daños en el cable y que este cable sufrirá la fuerza de encordado aplicada durante la ejecución del reemplazo.

El cable de aislamiento se extrae de la última torre en la sección de tensión al tirador y se miente sobre el bloque de polea en la torre donde se une al cable de tierra existente con la media del cable. Desde el otro lado de la sección de tensión, el cable OPGW se sujeta al cable de tierra existente con un dispositivo anti-torsión y se coloca sobre el bloque de polea.
Esto hace posible simultáneamente quitar el cable de tierra existente e instalar OPGW.

Una vez que el OPGW está en el lugar, hay procedimiento de flacidez realizado en toda la sección de tensión. El siguiente paso es sujetar el cable OPGW en la torre usando un equipo especial hecho para este propósito (vea la figura 2 para más detalles).

Para garantizar un alto nivel de seguridad durante la instalación del proyecto, especialmente en secciones que atraviesan objetos importantes como rutas u otras líneas de transmisión de energía, se utiliza el método de encordado de bloques de cuna. Este método se basa en la instalación de poleas (bloques de cuna),que se colocan en el cable de tierra existente cada varios metros. Las poleas utilizadas son normalmente poleas dobles verticales o bloques de poleas simples. Las poleas duales verticales tienen dos discos, cada uno en una cámara y lados separados, que pueden abrirse. El disco superior de la polea doble se encuentra sobre el cable de tierra existente, mientras que el disco inferior soporta la cuerda de tracción [1]. Las poleas se utilizan para la instalación de OPGW en toda la sección de tensión, pero especialmente este método se utiliza para asegurar tramos importantes donde se utiliza el método de encordado de tensión anteriormente descrito así como el reemplazo de alambre de tierra en un tramo [2], [3].

 

 

Bloque de cuna (polea doble) método de encordado

Las poleas (bloques de cuna) se utilizan entre otras cosas para mantener una distancia controlada y segura (separación) entre el conductor de tierra y el conductor. El remolcador motorizado de bloque de cuna multi-span, controlado por radio, que se desliza sobre el cable de tierra para ser reemplazado y tira cuerda aislante, que se utiliza para posicionar varias poleas a una distancia de 10 a 15 m entre sí. En las torres consecutivas, el remolcador del bloque de la cuna se pasa al otro lado de una torre con mucha precaución usando una correa de seguridad especial. Una vez que la cuerda se extiende en todo el tramo o vanos, se tensa. Durante la tensión de la cuerda, las poleas giran 180 ° invirtiendo la posición tanto de la cuerda como del cable de tierra existente. Esta tarea requiere un alto nivel de habilidades y es un tema de entrenamiento personal (ver figura 3). También otros elementos de la tecnología requieren dominio y pueden ser entrenados en el extranjero (funciona en la primera línea mundial de 400 kV de energía en Suecia), así como en Polonia en las líneas especialmente hechas disponibles para este propósito por el operador de red nacional.

Las poleas se utilizan en lugares, como se ha descrito ya, donde la línea eléctrica está cruzando otras líneas (generalmente voltajes más bajos), varias clases de carreteras así como la tracción eléctrica del ferrocarril. Gracias al uso de las poleas, se debe aplicar una menor fuerza de tracción a los cables y al cable, manteniendo las depresiones dentro del margen de separación deseado.

En algunos países esta tecnología se utiliza como principal método de sustitución de alambre de tierra con OPGW en toda la sección de tensión, sin embargo en otros países sólo se utiliza después de que se requiere como resultado de la evaluación de riesgos realizados para mantener extrema precaución con respecto a los objetos , Que la línea eléctrica está cruzando. Para la cuerda de tracción, se toma en cuenta que la carga de frenado nominal es 10 veces mayor que la fuerza de tracción permitida, que se aplica a la cuerda.

Requisitos para la seguridad de la instalación

La técnica de trabajo en vivo se basa en la regla multipropósito de proceder en la elección de los métodos de reducción de riesgos. En primer lugar se considerará que elimina el riesgo de descarga eléctrica. Siempre que esto no sea posible, el riesgo se limitará a un mínimo aceptable.

Debe aceptarse que el riesgo estará presente durante todo el proceso de trabajo, por lo que se analizará por medios eficientes, al mismo tiempo que se incrementará la seguridad con el equipo de protección adecuado.

 

Requisitos de puesta a tierra

Para realizar la instalación segura de cables de tierra convencionales o OPGW se deben asegurar los siguientes requisitos: todo el equipo, incluyendo el tensor y el extractor, debe tener conexiones galvánicas (debe estar unido) y se conectará a tierra; los dispositivos de deslizamiento, el lugar de trabajo deberán tener una malla de tierra (malla) para la igualación de potencial, así como los bloques de polea deberán conectarse a tierra en las torres (Figura 5).

 

• Conexión a tierra del equipo.
  Todos los dispositivos que se utilizan para la instalación deben tener al menos un punto de conexión a tierra, normalmente en algún punto conveniente del bastidor. Al bastidor de cada dispositivo debe haber una barra de tierra soldada (por el fabricante) para el propósito de la conexión de los terminales a tierra a los dispositivos de puesta a tierra y de puesta a tierra deslizante.
• Cableado de cables y poleas
  Todos los cables de tierra deben estar conectados a tierra con un dispositivo de puesta a tierra deslizante, que se instala directamente en el cable sólo por el tensor, a su vez para los terminales de puesta a tierra de los bloques de la polea de puesta a tierra y los cables de tierra.  (Vea la Figura 5 para más detalles).

 

A) mediante un dispositivo de puesta a tierra deslizante b) mediante un bloque de polea con un disco de puesta a tierra c) mediante una malla de puesta a tierra (malla)

• Malla de puesta a tierra (malla)
  La malla de puesta a tierra está hecha de cables desnudos conectados entre sí, que crean una rejilla metálica (malla) y están conectados a tierra con clavijas de puesta a tierra. La malla de puesta a tierra se coloca bajo el lugar de trabajo del tensor o en el lugar de trabajo del extractor (Figura 6)

 

Requisitos de la zona de trabajo

 

La zona de trabajo en la línea de transmisión de energía se limitará únicamente a las áreas que permitan llegar hasta la parte superior de la torre, donde el cable de tierra será reemplazado (figura 7).
La marcación de la zona de trabajo tiene por objeto evitar las zonas de peligro con una distancia mínima, para asegurarse de que nadie reducirá accidentalmente la distancia de seguridad a las partes activas. Además, se aplicará protección personal para los técnicos.

Requisitos para evitar los efectos del campo electromagnético

a salud y protección de la vida del personal durante las obras relacionadas con la instalación de cables OPGW en las líneas de transmisión de energía es el asunto más importante de todos los relacionados con el trabajo en línea. Los técnicos que trabajen en la línea en directo estarán protegidos contra el campo electromagnético, y el peligro de la recuperación accidental del voltaje uno la línea. Esto se asegura mediante la instalación de un sistema de puesta a tierra adecuado en la zona de trabajo, la utilización de métodos de trabajo correctos, así como equipo de protección personal.

En los cables, que se están instalando o en los dispositivos utilizados, así como en los cables utilizados para el cable de tracción de carga eléctrica puede aparecer como resultado de uno o más factores como:
– Inductancia electromagnética de los conductores vivos en la línea, donde se están ejecutando obras o líneas adyacentes,
– Carga electrostática en los cables o en la cuerda piloto como resultado de las condiciones atmosféricas o de las líneas aéreas directas de transmisión de energía de alta tensión AC y DC,
– El contacto accidental del alambre, que se está instalando en los hilos vivos de la línea,
– Las operaciones defectuosas, por lo tanto en las oleadas de voltaje de la línea ocurren,
– Rayo al hilo o dispositivo instalado, así como cualquier otra parte de la disposición de instalación.

Peligros resultantes de la huelga de la iluminación, el contacto del alambre de la OPGW con el conductor vivo es peligroso temporalmente y bien sabido sin embargo los peligros que resultan de la inducción electromágnetica son permanentes y ocurren continuamente durante el trabajo vivo de la línea, su naturaleza todavía no se reconoce completamente.

Las experiencias de los equipos de trabajo que trabajan en el exterior en las líneas de transmisión de energía eléctrica durante la instalación o reemplazo del cable de tierra con OPGW o instalación de fibras ópticas indican que los técnicos que suben a la torre (o que están en la torre) sintiéndose incómodo en la altura del conductor en tensión debido a la inducción del voltaje.

Para determinar el nivel de influencia electromagnética, se ha realizado la característica para el análisis del campo electromagnético de línea de transmisión de potencia, que se construyen sobre las torres de bastidor estándar.

Las tensiones inducidas serán las más altas como resultado de las corrientes de cortocircuito, especialmente durante fallas de tierra asimétricas. Así, el cálculo de las tensiones inducidas sólo se ha considerado en el peor de los casos, lo que ocurre durante las fallas de tierra asimétricas.
Los valores de las tensiones inducidas de las corrientes de línea adyacentes se calculan para la siguiente disposición de hilos.

 

Donde: 1 – conductor vivo, 2 hilos, donde se produce voltaje inducido, a – distancia entre hilos, l – longitud del segmento de línea paralela en [km], h – altura media de fijación del hilo, E – conductor alterno en tierra, D – calculado Longitud del conductor 1 desde el conductor alternativo E en tierra [m]

El valor de la tensión inducida U2 (para a12 hasta 100 m) se determina sobre la base de la siguiente fórmula:

Donde: I – corriente que fluye en el conductor 1 en [kA], a12 – distancia entre los conductores 1 y 2 (hasta 100 m) en [m],
El valor de la tensión inducida U2 (para a12 sobre 100 m) se determina sobre la base de la siguiente fórmula:

Se han realizado cálculos de ejemplo para líneas paralelas de 400 kV con una distancia de 100 m a 1000 m entre sí, para longitudes de proximidad seleccionadas: 1; 3 y 5 km. Cada ángulo de la línea diferente de la ruta paralela está causando disminución de la influencia electromagnética. Dado en la tabla 1 a continuación, los resultados de los cálculos son para la resistividad de tierra de 200 Ωm.

Tabla 1 Ejemplo de valores de cálculo de tensiones inducidas de dos potencias paralelas líneas de transmisión,

El suministro de voltajes y la inducción de corriente es posible utilizando diferentes tipos de puesta a tierra. El nivel de extensión de la toma de tierra temporal depende de la evaluación del peligro eléctrico. Para instalaciones de cables OPGW nuevos en las áreas remotas de las líneas de energía en vivo y en cuando la tormenta es poco probable que ocurra sólo los requisitos mínimos deben ser aplicados para la puesta a tierra. Este mínimo significa que todos los dispositivos en funcionamiento del tirador y del tensor están conectados galvánicamente y conectados a tierra. Además, se deben aplicar dispositivos de puesta a tierra deslizantes sobre los dispositivos de tracción y tensión. Los trabajadores a causa de la carga eléctrica resultante de la conjunción electromagnética deberán usar ropa protectora, conductiva de la corriente, donde todas las partes estén conectadas especialmente, incluyendo zapatos.

Ejemplo de reemplazo de alambre en una línea de transmisión de energía eléctrica de 400 kV

En mayo de 2010 se ejecutó un proyecto sobre la sustitución de los cables de tierra en la sección de tensión 147 – 154 en la línea de transmisión de energía eléctrica de 400 kV Kozienice – Miłosna. En los tramos 147 – 148 y 148 – 149 se utilizaron poleas dobles, en los otros tramos se utilizó el método de encordado de tensión. Para mantener las distancias de seguridad (espacio libre mínimo requerido) y las fuerzas de encordado adecuadas se realizaron cálculos y se ha seleccionado un margen de 150-151 para controlar las caídas usando el teodolito por el equipo de geodesia. En la tabla 2 se muestra un resumen del ejemplo de la tabla de encordado. Se genera un gráfico de encordado completo para un rango de temperaturas de -25 ° C a 40 ° C.

Tabla 2 Valores calculados de las fuerzas de encordado durante la instalación de cables OPGW

En la figura 9 se presenta una vista en planta de la sección de tensión de la línea de transmisión de energía Kozienice – Miłosna, en la que se ha sustituido el alambre de tierra existente. A su vez, se presenta el esquema de la sustitución de alambre, Bloques en torres tipo ON 120 Y52 series, que limitaban la sección de tensión.

 

 

Esta tecnología fue desarrollada y ejecutada por Eltel Networks Olsztyn S.A. durante período de mayo a octubre de 2010. Debido a las condiciones meteorológicas, algunos problemas durante la instalación se produjo, que fue causada por las anomalías climáticas especialmente durante el verano (altas temperaturas del aire – por encima de 30oC)

Resumen

El costo de la instalación (mano de obra) utilizando métodos de trabajo en vivo como se describe en el artículo es comparable con el costo de las obras en la línea de transmisión de energía con interrupción prevista. Sin embargo, los beneficios de realizar estas obras sin interrupción de la línea de transmisión, la continuidad de las ventas de electricidad y, por regla general, no disminuir el nivel de seguridad de la red de energía están compensando con el excedente de coste requerido para la tecnología descrita en el artículo. Estas tecnologías también son beneficiosas para los contratistas, que son capaces de planificar en detalle todas las actividades, que son independientes de las posibilidades de cancelar / cambiar la interrupción planificada en los casos de las necesidades de los operadores.

En una época de economía se puede contar para soluciones, que benefician a todas las partes, exigiendo así la verificación de hasta ahora los costos partes del progreso técnico. Esta verificación puede deberse a la apertura del mercado a servicios especiales, que permiten a las empresas obtener el reembolso de la inversión de capital.
Las primeras aplicaciones de tecnologías de sustitución de alambre de tierra convencional con OPGW en Polonia en 400 kV líneas de transmisión de energía viva (Gdańsk Błonia – Grudziądz oraz Kozienice – Miłosna) ha dado resultado positivo. Experiencia adquirida puede ser utilizado en otros trabajos similares en líneas de transmisión de energía en Polonia, así como otros países.

 

Se agradece a los autores del artículo:

• Bogumił Dudek (EPC S.A.)
• Krzysztof Mikołajczyk (PSE Północ S.A.)
• Lesław Rogiński (Eltel Networks Olsztyn S.A.)

 

Artículo presentado en el X INTERNATIONAL CONFERENCE ON LIVE MAINTENANCE ICOLIM 2011 

 
Bibliografía:

[1] Rogiński L., Dudek B.: Wymiana pod napięciem przewodów odgromowych na OPGW w Polsce, Materials from X Conference – Live working on LV, MV, HV systems In Poland and All around the Word ; Łódź, 17-18 czerwca 2010
[2] OPGW Reconductoring on Live Line. General aspect and procedure details, Tesmec, ICOLIM’2008
[3] Siemens: Installation Instructions. Laying OPGW-Cables on Lattice Towers, ICOLIM’2006
[4] Pałasz J., Dudek B., Frymer K.: Wymiana przewodów odgromowych linii przesyłowych na OPGW pod napięciem. IX National Conference – Live working, Gdańsk, 2007
[5] Dudek B., Frymer K.: Wymiana przewodów odgromowych na liniach przesyłowych pod napięciem na przewody światłowodowe (EUI’2007) Przegląd Elektrotechniczny nr 3, 2007
[6] Dudek B.: Wymiana przewodów odgromowych na elektroenergetycznych liniach pod napięciem, Energetyka nr 5, 2010
[7] IEC/TR 62263: 2005 Live Working – Guidelines for the installation and maintenance of optical fibre cables on overhead power lines, 2005 r.,
[8] IEC/TR 61328: 2003 Live working – Guidelines for installation of transmission line conductors and earthwires – stringing equipment and accessory items,
[9] EN 50110-1: 2005 Operation of electrical installations,
[10] EU conference materials – ICOLIM from 1998 – 2008,
[11] US conference materials – ESMO from 1977 – 2006,
[12] Technological design by ELTEL Networks Olsztyn S.A., 2010
[13] Nishimura F., Cicarelli L.D., Arellano R.R., Soares M.R.: OPGW Installation in Energezed Transission Line, 2006 IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exposition Latin America, Venezuela
[14] Pardinas J.A., Balbas J.A., Villamizar del R. M.J., Briceno M.R., Boguete V. R.: Methods for ―Live Line‖ OPGW Cables Stringing at Voltage Levels of 400 kV and 765 kV; 2006 IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exposition Latin America, Venezuela.

Fuente: www.pse-inwestycje.pl