VIBRACIONES EOLICAS Y OSCILACIONES INDUCIDAS VIBRACIONES EOLICAS

La preocupación fundamental respecto a la vibración eólica de líneas aéreas es la posible ruptura de los hilos conductores o elementos relacionados con el apoyo, el uso y la protección del conductor. Las causas del problema son principalmente lo

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relacionado con el viento que sopla a través del conductor, las propiedades del conductor que determinan su reacción a la excitación normalmente resultan ser una respuesta no lineal.

La vibración eólica es la oscilación de resonancia causada por un viento constante. Las amplitudes son aproximadamente un diámetro del conductor, con frecuencias de oscilación del orden de 2 a 150 Hz. Si no se corrige, estas vibraciones pueden causar fallas y la ruptura de los hilos conductores, por lo general en los nodos de oscilación como empalmes y puntos de suspensión.

Sin embargo, la vibración eólica puede ser controlada por energía de disipación de amortiguadores unidos al conductor. Hay numerosos diseños disponibles, y estos amortiguadores se pueden combinar con el herraje de protección, tales como los lazos conductores preformados y varillas de armadura. La vibración eólica también se puede prevenir mediante la limitación de la tensión del conductor a niveles relativamente modestos.

Las vibraciones eólicas no presentan más problemas o limitaciones para las líneas compactas que para las líneas convencionales.

OSCILACIONES INDUCIDAS

En vientos fuertes y persistentes aproximadamente de 7 hasta 18 m/s, las oscilaciones inducidas pueden surgir en los conductores de las líneas aéreas que están parcialmente protegidas por un conductor de blindaje o cable de guarda. El fenómeno de las oscilaciones inducidas se ha estudiado ampliamente en relación con los conductores de fase, las oscilaciones pueden tener una magnitud de frecuencia de 1 a 3 Hz, estas magnitudes son inaceptables, ya que el daño mecánico puede resultar incluso si el movimiento no causa flameo.

Normalmente, la interacción significativa del conductor requiere que la separación de los conductores sea menos de 10 a 15 veces el diámetro del conductor. En líneas que tienen un solo conductor por fase, la separación de los conductores ha sido suficiente para evitar la oscilación inducida.

51 | P á g i n a DAÑOS CAUSADOS POR LAS OSCILACIONES INDUCIDAS

Los daños resultantes de las oscilaciones inducidas no parecen ocurrir con frecuencia, ya que sólo relativamente pocos casos se han registrado a pesar de un número significativo de conductores de las líneas convencionales que están en operación.

Algunos de los casos más graves reportados son los siguientes:

 La fatiga de los espaciadores que se produce debido a las oscilaciones inducidas en los conductores dobles, triples y cuádruples.

 El desgaste severo de los conductores, el cual se produce en las líneas equipadas ya sea con separadores rígidos o espaciadores - amortiguadores. En muchos casos, según la magnitud del daño es necesario un cambio a un tipo de separador diferente.

 El desgaste de los conductores a medio camino entre los espaciadores es el resultado del choque durante el movimiento que hacen los de conductores dobles y cuádruples, pero este desgaste no ha sido lo suficientemente grande como para requerir reparaciones.

 Las descargas disruptivas se han atribuido a la reducción en el espacio resultante de los movimientos verticales y horizontales.

52 | P á g i n a 3.15.6 EFECTO GALOPE

El grado de compactación en el diseño de las líneas de transmisión en las regiones donde se puede producir la formación de hielo puede ser muy limitada, debido a los movimientos de galope.

El efecto galope es la forma más violenta de la vibración de los conductores inducida por el viento, es causada por la acción del viento sobre un perfil asimétrico del conductor, lo más a menudo debido a un depósito de esmalte hielo, nieve húmeda o hielo de la escarcha. Este movimiento se produce en los conductores ya sea en conjunto o individuales, y los movimientos pueden ser suficientemente grandes, para que las fases con una separación convencional hagan contacto entre ellas, dando lugar a descargas disruptivas y quemadura de los conductores. Estos movimientos pueden ocurrir en todos los tramos tanto de distribución como de transmisión. Los movimientos dinámicos conducen a repetidas cargas elevadas sobre el soporte, los herrajes sin salida y en los brazos de la torre asociados. Las cargas dinámicas pueden causar daños por fatiga en los conductores, los herrajes, e incluso en las torres. La Figura 3.26 ilustra dos conductores afectados por el efecto galope en una línea de transmisión.

Figura 3.26 Conductores afectados por el efecto galope.

Las flechas muestran la disminución de separación de fase a fase en un lapso medio y el aumento de dicha separación en la otra mitad del lapso.

53 | P á g i n a MOVIMIENTOS DEL EFECTO GALOPE

Los movimientos del efecto galope pueden ser movimientos ya sean verticales u oscilatorios de los conductores eléctricos aéreos. Cuenta con movimientos relativamente lentos, a una frecuencia de menos de 1 Hz, con grandes excursiones de pico a pico de los conductores, hasta aproximadamente 10 m (~ 33 pies).

DAÑOS CAUSADOS POR EL EFECTO GALOPE

FLAMEOS ENTRE FASE Y FASE

La mayoría de los movimientos producidos por el efecto galope tienen una modesta amplitud y no causan ningún daño, sin embargo, algún movimiento puede tener grandes amplitudes, suficientes para causar el contacto entre los cables de fase y fase, y causar descargas disruptivas, y las interrupciones del flujo de potencia. Las quemaduras resultantes de los conductores requieren reparaciones, y la pérdida de capacidad de potencia de transmisión puede ser muy costoso para la empresa de distribución de energía. Los cortocircuitos desencadenan las operaciones repetidas de los interruptores de circuito, que luego requieren la separación de la línea para evitar daños en ellos. Un ejemplo del daño en un conductor por la formación de arcos se muestra en la figura 3.27.

Figura 3.27 Hilos rotos como resultado de los movimientos producidos por el efecto galope.

54 | P á g i n a FATIGA DEL CONDUCTOR

El efecto galope puede durar varias horas y en ocasiones días, y los repetidos cambios por los movimientos dinámicos pueden causar fatiga de los hilos del conductor, e incluso el fracaso completo del conductor. Las localizaciones del daño en los conductores suelen ser adyacentes a las abrazaderas de los herrajes de suspensión (ver Figura 3.28), a las abrazaderas de separadores y a los separadores-amortiguadores en las líneas conductoras.

Figura 3.28 Daños en un conductor ACSR al lado de la abrazadera de suspensión debido al severo efecto galope.

DAÑOS EN EL HERRAJE

Las repetidas cargas dinámicas producidas por el efecto galope han dañado amortiguadores por vibraciones, a veces rompiendo dichos amortiguadores o a veces fatigando los cables de amortiguación. Cuando son varios conductores, el efecto galope inducido por torsión y flexión de movimientos de las fases causan daños en la región de las abrazaderas del espaciador-amortiguador.

DAÑOS EN LA ESTRUCTURA

Los efectos menos obvios por el efecto galope son las repetidas cargas dinámicas en las estructuras y las cargas verticales aplicadas en los brazos de la torre. Por ejemplo, los aisladores tipo poste en las líneas de distribución se pueden romper y las cadenas de aisladores de suspensión en líneas de transmisión separadas. Además, las crucetas han fracasado tanto en las estructuras de madera como en las estructuras metálicas y algunos aisladores se han roto. Las cargas dinámicas también han causado aflojamiento

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de las crucetas y de los postes de madera. Estas cargas dinámicas no se consideran en el diseño de las estructuras de líneas aéreas. Pero, a través del mantenimiento necesario después de muchos movimientos por el efecto galope, estas cargas dinámicas pueden ser suficientes en número y magnitud para aflojar tornillos, el daño de aisladores de rotura, extraviar amortiguadores y otros equipos por vibraciones, romper refuerzos de la torre, e incluso causar fallos en las patas de la torre. Algunos videos del efecto galope muestran claramente los movimientos longitudinales de la suspensión y de las cadenas de aisladores de tensión, en respuesta a los cambios en la tensión del conductor durante dicho efecto. La figura 3.29 muestra un ejemplo de una torre de ángulo pesada, que sufrió daños en la parte inferior del brazo durante un periodo largo del efecto galope. Estas cargas dinámicas pueden ser un grave problema en el diseño de la línea compacta porque los conductores están conectados típicamente por aisladores horizontales o verticales en cada estructura.

Figura 3.29 Torre de ángulo con el brazo inferior derrumbado debido al efecto galope.