Alambres y cables de líneas eléctricas aéreas

En aerolíneas transmisión de potencia Tensión superior a 1000 V, se utilizan cables y alambres desnudos. Al estar a la intemperie, están expuestos a la atmósfera (viento, hielo, cambios de temperatura) y a las impurezas nocivas del aire circundante (gases de azufre de plantas químicas, sal marina) y por lo tanto deben tener suficiente resistencia mecánica y ser resistentes a la corrosión (herrumbre).

En la actualidad, los conductores de acero y aluminio han encontrado la mayor aplicación en las líneas aéreas.

Anteriormente, los cables de cobre se usaban en líneas aéreas, y ahora se usan aluminio, acero-aluminio y acero, y en algunos casos, cables de aleaciones especiales de aluminio: eldrium, etc. Los cables de protección contra rayos suelen estar hechos de acero.

Se distinguen por el diseño:

a) conductores de múltiples núcleos de un metal, que consisten (dependiendo de la sección transversal del conductor) de 7; 19 y 37 cables separados trenzados juntos (Fig. 1, b);

b) cables de un solo cable que consisten en un cable sólido (Fig. 1, a);

c) conductores trenzados de dos metales: acero y aluminio o acero y bronce.Los conductores de acero-aluminio de diseño convencional (clase AC) consisten en un alma de acero galvanizado (monofilar o trenzado de 7 o 19 hilos), alrededor del cual se ubica una parte de aluminio, compuesta por 6, 24 o más hilos (Fig. 1 ,°C).

Arroz. 1. Construcción de cables de líneas aéreas: a — cables de un solo cable; b - conductores trenzados; c — alambres de acero y aluminio.

Los datos de diseño estructural de conductores desnudos de aluminio y acero-aluminio se encuentran en GOST 839-80.

Ver también: Estructuras de alambre desnudo para líneas eléctricas aéreas

La selección de las líneas de aire implica la consideración de varios factores, entre los cuales uno de los más significativos es el calentamiento prolongado con corriente eléctrica. El calentamiento de los cables limita la capacidad de transmisión de la línea aérea, conduce a la corrosión de los cables, a la pérdida de su resistencia mecánica, al aumento del pandeo, etc. La temperatura de los conductores depende de la carga actual y de las condiciones climáticas del recorrido de la línea aérea.

La capacidad de carga de los cables se ve muy afectada por las condiciones climáticas: la velocidad del viento, la temperatura ambiente y la radiación solar, que varían ampliamente a lo largo del año.

Se dice que un cambio en la velocidad del viento tiene un impacto mayor que un cambio en la temperatura del aire. Un viento débil con una velocidad de 0,6 m/s aumenta el rendimiento de los cables en un 140 % en comparación con las condiciones de aire estático, mientras que un aumento de la temperatura ambiente de 10 °C lo reduce en un 10-15 %.

Cables de cobre

Mis alambres, hechos de alambre de cobre estrechamente estirado, tienen baja resistencia (r = 18,0 Ohm x mm2/ km) y buena resistencia mecánica: máxima resistencia a la tracción sp = 36 ... 40 kgf / mm2, resisten con éxito las influencias atmosféricas y la corrosión de daños impurezas en el aire.

Los cables de cobre están marcados con la letra M con la adición de la sección transversal nominal del cable. Entonces, alambre de cobre con una sección transversal nominal de 50 mm2 marcado con M — 50.

Actualmente, el cobre es un material escaso y costoso, por lo que prácticamente no se utiliza como conductor de líneas eléctricas aéreas.Para ahorrar cobre, los conductores de cobre, bronce y acero-bronce fueron descontinuados en la década de 1960.

alambres de aluminio

Los alambres de aluminio se diferencian de los alambres de cobre en una masa mucho menor, una resistencia específica ligeramente mayor (r = 28,7 ... 28,8 ohmios x mm2/ km) y una resistencia mecánica menor: sp = 15,6 kgf / mm2 — para conductores de clase AT y sp = 16…18 kgf/mm2 de alambre Atp.

Los cables de aluminio se utilizan principalmente en redes locales. La baja resistencia mecánica de estos cables no permite alta tensión. Para evitar flechas grandes y asegurar las necesarias PUE el tamaño mínimo de la línea al suelo, es necesario reducir la distancia entre los apoyos y esto aumenta el costo de la línea.

Para aumentar la resistencia mecánica de los alambres de aluminio, se fabrican con alambres trefilados de múltiples hilos. Bien tolerantes a las influencias atmosféricas, los cables de aluminio no resisten el impacto de las impurezas nocivas del aire.

Por lo tanto, para líneas aéreas construidas cerca de costas, lagos salados y plantas químicas, se recomiendan conductores de aluminio de la marca AKP protegidos contra la corrosión (aluminio resistente a la corrosión, con relleno del espacio entre los conductores con grasa neutra). Los conductores de aluminio están marcados con la letra A con la adición de la sección transversal nominal del conductor.

alambres de acero

Los alambres de acero tienen una alta resistencia mecánica: resistencia máxima a la rotura sp = 55 ... 70 kgf / mm2... Los alambres de acero son de un solo alambre o de varios alambres.

La resistencia eléctrica de los cables de acero es mucho mayor que la del aluminio, y en las redes de CA depende de la cantidad de corriente que circula por el cable. Los cables de acero se utilizan en redes locales con un voltaje de hasta 10 kV cuando se transmite una potencia relativamente baja, cuando la construcción de líneas con cables de aluminio es menos rentable.

Una desventaja significativa de los alambres y cables de acero es su susceptibilidad a la corrosión. Para reducir la corrosión, los cables están galvanizados. Hay dos marcas de alambre de acero trenzado disponibles: PS (alambre de acero) y PMS (alambre de cobre y acero). Los cables PS tienen una adición de cobre de hasta un 0,2 % y los cables PSO se fabrican con un diámetro de 3; 3,5; 5 mm. Los cables pararrayos de cable multifilar de acero se fabrican en los grados S-35, S-50 y S-70.

Alambres de acero y aluminio

Los conductores de acero-aluminio tienen la misma resistencia que los conductores de aluminio de la misma sección transversal, porque en los cálculos eléctricos de los conductores de acero-aluminio, la conductividad de la parte de acero no se tiene en cuenta debido a su insignificancia en comparación con la conductividad de la parte de aluminio de los conductores.

Los alambres de acero estructural forman el interior del alambre de acero y aluminio, y los alambres de aluminio forman el exterior. El acero está diseñado para aumentar la resistencia mecánica, el aluminio es una parte conductora.

Con los alambres de acero y aluminio, se producen tensiones internas adicionales en la parte de aluminio del alambre, debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica del aluminio y del acero.

La limitación obligatoria de la tensión del cable a la temperatura media anual de todos los conductores es necesaria para evitar el rápido desgaste por fatiga de los conductores debido a la vibración.

Se estableció experimentalmente que el aluminio comienza a perder sus propiedades de resistencia a temperaturas superiores a 65 ° C. Teniendo esto en cuenta, al elegir la temperatura máxima de operación de los alambres de acero y aluminio, se recomienda planificar una reducción de la resistencia del aluminio en 12 — 15 % (que es 7 — 8 % de pérdida de resistencia del hilo en su conjunto) ) a lo largo de su vida útil, lo que corresponde aproximadamente a un funcionamiento continuo del hilo durante 50 años a una temperatura de 90 °C. Cabe señalar que la pérdida total de resistencia mecánica debida a sobrecargas de emergencia de corta duración de los cables no supere el 1%.

Se producen las siguientes marcas de alambres de acero y aluminio (GOST 839-80):

AC: cable que consta de un núcleo: cables de acero galvanizado y una o más capas exteriores de cables de aluminio. El cable está destinado a ser tendido en tierra, excepto en áreas con aire contaminado con compuestos químicos nocivos;

CONSULTAR, PREGUNTAR: similar al cable de la marca AC, pero con el núcleo de acero (C) o el cable completo (P) lleno de grasa que contrarresta la aparición de corrosión en el cable. Diseñado para la colocación a lo largo de la costa de los mares, lagos salados y en áreas industriales con aire contaminado;

ASK: igual que el cable ASK, pero con un núcleo de acero aislado con una cubierta de plástico. En el marcado del cable, después de la letra A, puede haber una letra P, que indica que el cable tiene una mayor resistencia mecánica (por ejemplo, APSK).

Los alambres de acero y aluminio de todas las marcas se producen con una proporción diferente de la sección transversal de la parte de aluminio del alambre a la sección transversal del núcleo de acero: dentro de 6.0 ... 6.16 - para la operación del alambre en medio condiciones de carga mecánica; 4.29 ... 4.39 - fuerza mejorada; 0,65 … 1,46 — resistencia especialmente reforzada: 7,71 … 8,03 — construcción ligera y 12,22 … 18,09 — especialmente ligera.

Los cables ligeros se utilizan en líneas de nueva construcción y reconstruidas en áreas donde el espesor de la pared de hielo no supera los 20 mm. Se recomienda el uso de conductores de acero y aluminio reforzados en áreas con paredes de hielo con un espesor superior a 20 mm. Se utilizan cables fuertes especiales para la implementación de largas distancias en cruces a través de espacios de agua y estructuras de ingeniería.

Para una caracterización más completa de los conductores de acero y aluminio, la sección transversal nominal del conductor y la sección transversal del núcleo de acero se ingresan en la designación de la marca del cable, por ejemplo: AC-150/24 o ASKS-150 /34.

Alambres Aldrei

Los alambres Aldry tienen aproximadamente la misma resistencia eléctrica que los alambres de aluminio, pero tienen una mayor resistencia mecánica. Aldry es una aleación de aluminio con cantidades menores de hierro («0,2%), magnesio (» 0,7%) y silicio («0,8%); en términos de resistencia a la corrosión, es igual al aluminio. La desventaja de los alambres Aldrey es su baja resistencia a la vibración.

Ubicación de los cables de líneas aéreas

Los conductores en los soportes de las líneas aéreas se pueden colocar de diferentes maneras: en líneas de un solo circuito, en triángulo u horizontalmente; en líneas con doble cadena — árbol inverso o hexágono (en forma de «barril»).

La disposición de los cables en un triángulo (Fig. 2, a) se utiliza en líneas con un voltaje de hasta 20 kV, incluso en líneas con un voltaje de 35 ... 330 kV con soportes de metal y hormigón armado.

La disposición horizontal de los cables (Fig. 2, b) se utilizará en líneas de 35 ... 220 kV con soportes de madera. Esta disposición de los cables es la mejor desde el punto de vista de las condiciones de trabajo, ya que permite el uso de soportes inferiores y evita que los cables se enreden durante el descenso en hielo y el baile con cables.

En líneas con dos valores, los cables se colocan con un árbol inverso (Fig. 2, c), lo cual es conveniente para las condiciones de instalación, pero aumenta la masa de los soportes y requiere la suspensión de dos cables de protección o un hexágono ( Figura 2, G).

Es preferible este último método.Se recomienda su uso en líneas de dos valores con un voltaje de 35 ... 330 kV.

Todas estas opciones se caracterizan por una disposición asimétrica de los cables entre sí, lo que conduce a una diferencia en los parámetros eléctricos de las fases. Para la ecuación de estos parámetros se utiliza la transposición de hilos, es decir la ubicación mutua de los conductores entre sí en diferentes secciones de la línea se cambia sucesivamente en los soportes. En este caso, el conductor de cada fase pasa un tercio de la longitud de la línea en un lugar, el segundo en el otro y el tercero en el tercero (Fig. 3.).

Arroz. 2. Disposición de alambres y cables de protección en los soportes: a — con un triángulo; b — horizontales; c — árbol inverso; d — hexágono (barril).

Arroz. 3… Esquema de transposición de línea monofilar.

El cálculo de la parte mecánica de la línea aérea se lleva a cabo en función de la repetibilidad de la velocidad del viento y el espesor de la pared de hielo en los cables, lo que cumple con los requisitos de confiabilidad y capitalización de una determinada clase de líneas aéreas.

Las líneas aéreas de diferentes clases, cuando cruzan el mismo terreno, especialmente en una ruta común, deben diseñarse para diferentes cargas de viento y hielo.

Cables de protección contra rayos de líneas eléctricas aéreas

Los cables de protección contra rayos se suspenden sobre los cables para protegerlos de las sobretensiones atmosféricas. En líneas con una tensión inferior a 220 kV, los cables se cuelgan solo en los accesos a las subestaciones. Esto reduce la probabilidad de superposición de cables cerca de la subestación. En líneas con una tensión de 220 kV y superior, los cables están suspendidos a lo largo de toda la línea. Generalmente se utilizan cuerdas de acero.

Anteriormente, los cables de líneas de todas las tensiones nominales se conectaban a tierra firmemente en cada soporte. La experiencia operativa muestra que las corrientes aparecen en los circuitos cerrados del sistema de puesta a tierra — cables — soportes. Surgieron como resultado de la acción de los campos electromagnéticos inducidos en los cables por inducción electromagnética. Al mismo tiempo, en varios casos se producen pérdidas de potencia significativas en cables puestos a tierra repetidamente, especialmente en líneas de ultra alta tensión.

Los estudios han demostrado que al suspender cables con mayor conductividad (acero-aluminio) sobre aisladores, los cables pueden usarse como hilos de comunicación y como conductores de corriente para alimentar consumidores de baja potencia.

Para proporcionar un nivel adecuado de protección contra rayos a las líneas, los cables deben conectarse a tierra a través de vías de chispas.