Expresión y Definición de Términos: Ángulo de Desvío de la Cadena de Aisladores por Viento

El desvío transversal a la línea de las cadenas de suspensión se calcula de manera diferente según el tipo de apoyo:

Desvío Transversal en Apoyos de Alineación

La tangente del ángulo de desvío (Tgδ) se determina mediante la siguiente fórmula:

Tgδ = (Pvc + Qvc/2) / (Pc + Q/2 + C)

Desvío Transversal en Apoyos de Ángulo

Para apoyos de ángulo, se consideran las fuerzas (F) con viento a mitad de carga:

• A: -5 con viento a mitad de carga
• B: -10 con viento a mitad de carga
• C: -15 con viento a mitad de carga

Situados al Mismo Nivel

Tgδ = (2F * sen(α/2) + q/2 * d * av * cos(α/2) + Qv/2) / (P * av + Q/2 + C)

Situados a Distinto Nivel

Tgδ = (2F * sen(α/2) + q/2 * d * av * cos(α/2) + Qv/2) / (P * av + F * (N) + Q/2 + C)

Definición de Variables

Q:

Peso de la cadena de aisladores y sus accesorios (en daN).

Pc:

Peso propio del cable o del haz de fase (en daN).

Qv:

Acción del viento sobre la cadena de aisladores (en daN).

Pvc:

Acción del viento sobre el cable conductor o el haz (en daN).

C:

Contrapeso.

Cálculo de Esfuerzos en Apoyos de Hormigón para Líneas de 20kV (3ª Hipótesis)

Para una línea de 20kV con cadena de suspensión en un apoyo de hormigón en zona B, se aplican las siguientes fórmulas para el cálculo de esfuerzos según la tercera hipótesis:

Ft = 1.92 * F * sen(α/2)

FL = 0.08 * F * cos(α/2)

El desequilibrio resultante (R_{desequilibrio}) se calcula como la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de ambas fuerzas:

Rdesequilibrio = sqrt(Ft^2 + FL^2)

Con el valor de R_{desequilibrio}, se multiplica por el factor de armado y se calcula el ángulo (σ) con la siguiente expresión:

tg(σ) = 3 * tg(α/2)

El esfuerzo final provocado es:

Esfuerzo = Rdesequilibrio * (sen(σ) + cos(σ))

Cálculo del Peso del Conductor bajo Hipótesis de Viento, Hielo y Combinadas

Hipótesis de Viento

El viento ejerce una fuerza horizontal sobre el conductor. Por lo tanto, la fuerza resultante (P’v) es la suma vectorial del peso propio (p) y la acción del viento (Pv):

P'v = sqrt(p^2 + Pv^2)

Donde Pv = q * d * av.

Es importante destacar que q es la presión del viento. Para diámetros menores a 16 mm, q = 60 * (Vv/120). La velocidad del viento (Vv) es de 120 km/h para categorías 1, 2 y 3, y de 140 km/h para categoría especial.

Hipótesis de Hielo

Para la hipótesis de hielo, se suma el peso del hielo al conductor. La sobrecarga de hielo (Ph) depende de la zona:

• Zona A: Menos de 500 m de altitud, no hay sobrecarga de hielo.
• Zona B: Entre 500 y 1000 m de altitud, Ph = 0.18 * sqrt(d).
• Zona C: Más de 1000 m de altitud, Ph = 0.36 * sqrt(d). Si la altitud supera los 1500 m, se aplica una corrección: Ph = (0.18 * sqrt(d) / 500) * H (donde H es la altitud en metros).

Hipótesis de Viento y Hielo Combinados

Para la hipótesis combinada de viento y hielo, se suman ambas partes. El peso resultante (P’v+h) se calcula como:

P'v+h = sqrt((p + Ph)^2 + (q * d_hielo)^2)

Donde d_hielo se refiere al diámetro del conductor con la capa de hielo.

Condiciones de Tendido y Cálculo de Fuerzas en Líneas Eléctricas (Zona B)

Las fuerzas se determinan bajo las siguientes condiciones:

• -10°C + Viento (V)
• -15°C + Hielo (H)
• Para categoría especial: -15°C + Viento (V) + Hielo (H)

El viento mínimo en categoría especial es de 60 km/h.

El viento mínimo para la condición de -10°C + Viento es de 120 km/h o 140 km/h, según la tensión de la línea.

Estas condiciones se utilizan para calcular el vano máximo admisible y las flechas máximas.

Deducción de la Expresión del Vano Máximo Admisible en Líneas Eléctricas

La expresión del vano regulador (aR) es:

aR = sqrt( (sum_{j=1}^{n} a_j^3) / (sum_{j=1}^{n} a_j) )

Sin embargo, la existencia de un vano regulador no implica que se puedan emplear vanos de cualquier longitud dentro del cantón. Existe un vano máximo admisible que no debe superarse. Es crucial conocer este vano máximo admisible en función de la distancia entre conductores para evitar que estos se acerquen demasiado al terreno en depresiones. La distancia entre conductores (D) se define como:

D = K * sqrt(F + L) + K' * Dpp

Definición de Parámetros para la Distancia entre Conductores

D:

Separación entre conductores de fase del mismo circuito o de circuitos distintos.

K:

Coeficiente que depende de la oscilación de los conductores por la acción del viento. tg(x) = (q * d) / p (+ sobrecarga de hielo si procede).

F:

Flecha máxima para cada hipótesis.

L:

Longitud de la cadena de aisladores (L=0 para cadenas de amarre y/o anclaje).

K’:

Coeficiente de 0.75 o 0.85 si es categoría especial.

Dpp:

Valores tabulados en función de la tensión más elevada de la red.

Despejando F de la ecuación anterior, obtenemos la flecha máxima admisible:

F = ((D - K' * Dpp) / K)^2 - L

Por lo tanto, para una línea definida por las siguientes características:

• Un tipo de cruceta que impone una distancia entre conductores (D).
• Una categoría de línea que define K’.
• Una tensión que impone una Dpp.
• Un tipo de conductor y categoría de línea que determina K.
• Unas cadenas de aisladores concretas.

Se puede determinar la flecha máxima admisible por separación entre conductores utilizando la expresión anterior. Para ello, se deben determinar tres valores de K según las tres hipótesis (dos de ellos suelen ser iguales) y, consecuentemente, tres posibles valores de F_{max_adm} para las condiciones de flecha máxima: -15°C + Viento, 50°C, y 0°C + Hielo.

La fórmula para la flecha máxima admisible es:

Fmax_adm = ((D - K' * Dpp) / K)^2 - L

Existen dos posibles valores de ángulo: uno para la hipótesis de viento y otro para las hipótesis de temperatura y hielo. Esto implica la existencia de dos valores de K y, por ende, se obtendrán dos valores de F_{max_adm}. El vano máximo admisible (a_{max_adm}) en un cantón, determinado por su vano regulador (aR), se calcula a partir de la relación de flechas:

fmax_adm = fmax_reg * (amax_adm / aR)^2

Despejando a_{max_adm}:

amax_adm = aR * sqrt(Fmax_adm / fmax_reg)

Se adoptará el valor más desfavorable, es decir, el de menor longitud.