Generalidades : En redes de media tensión y hasta las mas altas usadas en Argentina de hasta 500 kv., se emplean torres de hormigón y reticulado de acero. En la figura 11 vemos los esquemas más corrientes de estas torres. La elección del tipo de torre se hace sobre la base de criterios económicos, de sismicidad y en base el vano, que es la distancia entre dos torres. Los estudios técnico-económicos, que tienen en cuenta los factores técnico, climáticos y precios, permiten generar programas de computación con los cuales se determina lo que se denomina vano económico, que es la distancia entre torres que hace mínimo el costo por kilómetro. Las estructuras de soporte, torres o postes, pueden ser de suspensión o de retención.
Las primeras se instalan en los tramos rectos de las líneas, mientras que las segunda son para los lugares en que, además, la línea debe soportar esfuerzos laterales, producto del cambio de dirección (ángulo) o finales de línea. La figura 12 nos enseña dos tipos de torres de hormigón centrifugado.
Nótese que tanto en la ultima figura 10 y la 11, las torres tienen el llamado hilo de guardia, marcado con las letras HG. Este elemento es de acero
Figura 10
Figura 11
Figura 12
galvanizado. Las torres metálicas son estructuras de perfiles ángulos, vinculados directamente entre sí o a través de chapas, mediante uniones abulonadas. Para mejor mantenimiento, son galvanizadas y el acero es de alta resistencia. Las estructuras se dimensionan por medio de sistemas computarizados que minimizan el peso de las estructuras. Los postes de hormigón, en cambio, serán del tipo armado, centrifugado o pretensado. Las crucetas o ménsulas, serán del mismo material en la mayor parte de los casos.
En la figura 12 tenemos la silueta de una torre autoportante o de retención.
En la figura 13 tenemos una torre de suspensión o arriendada, que es más económica.
Figura 13
En todos los casos, las fundaciones representan un papel importante en la seguridad y en el costo de una línea de transmisión, y deben permitir la fácil colocación de las tomas de tierra que vemos en la figura 14.
Figura 14
El tipo de terreno, por su agresividad, determina el cemento que se debe emplear. Hay torres de tipo especial, ya que en ellas se produce la transposición.
A fin de hacer aproximadamente igual a los valores de las constantes de las líneas, para cada fase, en tramos adecuados, se hacen cambios en el orden en que se encuentran las fases. En las figuras 12 y 13 se ve que las fases R,S y T están en un plano, lo que determina que la capacidad, la autoinducción y las pérdidas, no sean de igual valor. Por lo tanto esto se resuelve cambiando dos veces a lo largo del recorrido la posición relativa de esas fases. Pero el punto en que esto se produce, requiere de una torre particular, con disposiciones típicas para estos casos.
Los conductores de las líneas aéreas de alta tensión se construyen con un núcleo de alambres de acero que contribuyen a la resistencia mecánica, rodeado de una formación de alambres de aleación de aluminio tal como ilustra la figura 15. Los valores mas corrientes suelen ser:
300/50 mm2 |
240/40 mm2 |
150/25
mm2 |
120/20 mm2 |
95/15 mm2 |
70/12 mm2 |
50/8 mm2 |
La primera cifra es la sección útil del aluminio y que conduce la corriente. La segunda es el acero.
Es muy común que para cada fase, se utilice mas de un conductor. En las figuras 12 y 13 se puede apreciar que cada fase se compone de 4 conductores, como los de la figura 15. Esto hace necesario el empleo de accesorios metálicos, la morseteria o graperia, que en tensiones muy alta, requieren un delicado diseño.
Figura 15
Figura 16
Una línea importante de transmisión de energía es una obra de ingeniería, que tiene mucho que ver con la ingeniería eléctrica y la ingeniería civil. Cuando se decide ejecutar esta obra entre dos puntos distantes, lo primero que se debe examinar, es la traza, o sea, el recorrido. Esto implica un cuidadoso estudio topográfico para encontrar la mejor solución, junto con el estudio de suelos, para poder dimensionar las fundaciones. Con los elementos se optimiza el problema y se determina el vano económico que se ha de usar, que hace mínimo el costo. En la figura 18 vemos un ejemplo de traza, en que para el cruce de un río y la subida de una sierra, hay que adaptarse al terreno, lo que obliga a la adopción de torres de tipo especial, de retención, mas caras. En los tramos lineales se pueden usar torres de suspensión, todas iguales, con ventaja en los costos.
El estudio de la topografía del recorrido permite determinar el lugar exacto donde se instalara cada torre. Se evitan los cambios de dirección, porque ello obliga a la colocación de torres de retención en esos puntos.
Los esfuerzos o solicitaciones que deben resistir las torres son, además del peso propio y los efectos de la naturaleza sobre las mismas, las que les trasmiten los conductores. En la figura 17 vemos el croquis de una torre como la de la figura 11 derecha, que cumple la función de ángulo, es decir, desvío de la dirección de la línea. Se observa que la torre debe soportar los efectos de las solicitaciones de los conductores, que se componen del peso propio del conductor mas el peso de las cadenas de aisladores, a lo que se suma la acción del viento. Al peso propio se debe sumar el peso del manguito de hielo que se forma luego de una nevada y que expuesto, al viento, ofrece una superficie lateral apreciable. Todos estos defectos, sumados, componen las solicitaciones sobre la torre. Por otra parte, el proyecto de una línea implica el adecuado diseño del hilo conductor, que es una catenaria, que se muestra en el ejemplo de la figura 18, en que el hilo conductor aparece suspendido entre dos puntos de distinta cota. La distancia entre el punto mas elevado y el punto mas bajo se llama flecha y es un número importante, sea para el dimensionado del conductor, como en los trabajos de instalación y montaje.
Figura 17
Como la temperatura de trabajo cambia, lo mismo que el viento a que esta sometido el conductor, la flecha es un número variable. La teoría de estas catenarias permite conocer el valor de la tensión Tx en cada punto de su recorrido X, ocasionada por sus componentes horizontales y verticales, con lo cual se determina la sección resistente y el valor de la tensión T en el punto de apoyo permite conocer el esfuerzo que trasmiten a la graperia de sujeción a la torre.
Figura 18
Fundaciones de tierra: Los anclajes de acero colocados con revestimientos de protección son económicos y se han usados con éxito para torres de sustentación o alineación. El tipo más satisfactorio de anclaje de acero es el piramidal, bien sea triangular, bien sea cuadrado, construido con hierro ángulo y con una reja abulonada en la cara interior. Los anclajes de acero galvanizado enterrados en el suelo durarán casi tanto como la estructura en suelos de condiciones ordinarias, pero no son satisfactorios, sin protección especial, en terrenos con algún contenido de azufre, tales que los rellenos de escoria o carbonilla.
Fundaciones de hormigón: Estas fundaciones se usan generalmente en torres de ángulo y de amarre o final de línea y para las estructuras especiales que requieren gran resistencia, como son las de cruce de ríos, y torres en los extremos de vanos extraordinariamente largos.
Anclajes en roca: Estos anclajes pueden sustituir a los de acero con rejas o bases de hormigón, en terrenos de rocas firmes. Se practican en la roca taladros de diámetro algo superior al de los pernos y se colocan los pernos, rellenando seguidamente. Los pernos de anclaje deberían abrirse en su extremo y ser colocados con cuñas.
Estructuras especiales: Cuando no es factible realizar la transposición de conductores en torres normales mediante crucetas adecuadas, son necesarias torres especiales. Los tramos largos sobre ríos y bahías y los cruces de carreteras principales y líneas principales y líneas más importantes de ferrocarril, requieren torres mucho más altas que las normales o torres con un factor de seguridad mayor.