ES2432468A2

ES2432468A2 - Dispositivo compensador de variaciones de longitud de cables tensados y procedimiento de mantenimiento de tendidos eléctricos.

Info

Publication number: ES2432468A2
Application number: ES201200615A
Authority: ES
Inventors: Juan Carlos Sáenz-Díez Muro; Emilio Jiménez Macías; Julio Blanco Fernández; Juan Manuel Blanco Barrero; Eduardo MARTÍNEZ CÁMARA
Original assignee: Universidad de La Rioja
Current assignee: Universidad de La Rioja
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-12-03
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: ES2432468B2; ES2432468R1

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo compensador de variaciones de longitud, producidas principalmente por los cambios en la temperatura ambiente, de cables tensados de tendidos eléctricos, manteniendo una tracción en los mismos prácticamente constante. Se basa en el empleo simultáneo de un muelle helicoidal de compresión 201 y de un muelle helicoidal de extensión 203, unidos mediante un disco de unión 202, de tal manera que el muelle de compresión siempre trabaja con fuerzas de compresión y el muelle de extensión siempre trabaja con fueras de tracción, uniformizándose de esta forma la característica de carga del conjunto. También se refiere a un procedimiento de mantenimiento de tendidos eléctricos que utiliza el dispositivo que reivindica la invención.

Description

DISPOSITIVO COMPENSADOR DE VARIACIONES DE LONGITUD DE CABLES TENSADOS, Y PROCEDIMIENTO DE MANTENIMIENTO, DE TENDIDOS ELÉCTRICOS

5 Objeto y campo de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo compensador de vanaClOnes de longitud, que son producidas principalmente por los cambios en la temperatura ambiente, de cables tensados de tendidos eléctricos, manteniendo una tracción en los mismos prácticamente constante, refiriéndose también a un procedimiento de

10 mantenimiento de tendidos eléctricos.

La invención se sitúa en el ámbito de ingeniería eléctrica, en el campo de los tendidos de líneas para transporte y distribución de energía eléctrica.

15 Antecedentes de la invención

Los cables, en el momento de su tendido, se instalan con una tracción dependiente de la temperatura ambiente, de tal fonna que cuando cambien sus condiciones, no se alcance la carga límite de rotura del cable con un coeficiente de seguridad de 2,5 para

2 O cables y de 3 para alambres. Habitualmente se calcula la tracción que deberá tener el cable, sin sobrecargas, a la temperatura más frecuente, siendo ésta de 15°C. La tracción a 15 oC, se denomina EDS (Every Day Stress) obteniéndose ésta como un porcentaje respecto a la carga límite de rotura.

25 Los cables más empleados en los tendidos eléctricos están fonnados por alambres periféricos de aluminio con núcleo de alambres de acero. Estos materiales se dilatan y contraen linealmente con el aumento o disminución de la temperatura.

El cable tendido y soportado por sus extremos describe una curva típica denominada

3 O catenaria, siendo ésta la mayor parte de las veces sustituida para la realización de los cálculos por una parábola. Para mantener las distancias de seguridad al terreno, a viales, con cruzamientos con otros tendidos eléctricos, etc., hay que someter el cable a una tracción mínima que asegure que en las peores condiciones se respeten dichas distancias de seguridad. Habitualmente las peores condiciones se dan cuando la

35 temperatura del conductor es máxima, considerándose ésta de 50 oC.

Para poder mantener dicha tracción mínima a 50°C, el cable se verá sometido a una tracción máxima cuando la temperatura sea mínima, debido al efecto de contracción lineal, y cuando además se produzca la circunstancia de viento y o hielo. Este hecho provoca que el cable se vea sometido a fuerzas muy superiores a las necesarias,

5 obligando a emplear conductores con alto límite de rotura, y al empleo de apoyos de gran esfuerzo nominal.

Son conocidos diversos dispositivos para compensar las variaciones de longitud de los cables como consecuencia de las variaciones de temperatura, si bien, todos ellos son de

10 aplicación a tracción ferroviaria. Se conocen sistemas de poleas y contrapesos, sistemas compensadores neumáticos e hidráulicos, sistemas accionados por un motor eléctrico, y sistemas compuestos por un simple muelle sin o con poleas de diversas formas.

15 Pueden observarse diferentes tipos de sistemas en los documentos ES2187868T3; ES2179380T3; ES2117816T3; GB2207403(A); entre otros.

Estos sistemas presentan una problemática que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos:

20 Requieren una gran disponibilidad de espacio, principalmente por la necesidad de estructuras auxiliares para soportar, guiar y protegc:::r los contrapesos. Requieren de elevado mantenimiento. Presentan fugas de fluidos, ya sea aire, gas o líquido.

25 Requieren de suministro de energía eléctrica para fuerza motriz. Son sistemas con un coste desmesuradamente alto.

Descripción de la invención

3 O El dispositivo compensador de variaciones de longitud para cables de tendidos eléctricos que la invención propone, resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados.

Se basa en el empleo simultáneo de un muelle helicoidal de compresión 201 Y de un muelle helicoidal de extensión 203, unidos mediante un disco de unión 202, de tal manera que el muelle de compresión siempre trabaja con fuerzas de compresión y el muelle de extensión siempre trabaja con fueras de tracción, uniformizándose de esta

5 forma la característica de carga del conjunto.

La aplicación idónea del dispositivo compensador requiere un dispositivo compensador para cada tipo de cable. Los cables más utilizados para tendidos eléctricos de alta tensión son cables de aluminio-acero tipo LA-125 (PENGUIN), LA

10 175 (OSTRlCH), LA-280 (HAWK) y LA-51O (RAIL).

Si tomamos como ejemplo el cable LA-175, que tiene las siguientes características:

Sección:

15: Aluminio: 152,0 mm2 •

Acero galvanizado: 24,7 mm2 •

Total: 176,7 mm2 .

Composición:

Aluminio: 26 x 2,73 mm.

20: Acero galvanizado: 7 x 2,12 mm.

Diámetro:

Núcleo: 6,36 mm.

Total: 17,28 mm.

Masa: 0,613 kg/m

25 Carga de rotura: 5.500 DaN. Módulo elástico: 7.500 DaN/mm2. Coeficiente de dilatación: 18,9.10-6 °Cl

Tomando como ejemplo un vano de 200 m, ubicado en zona B (altitud entre 500 y 3 O 1000 m), aplicando la sobrecarga de hielo en zona B (conocida como HB) y

seleccionando un E.D.S. del 10%, tendremos que: En las condiciones de mínima tracción (50°C), el cable estará sometido a una tracción de 480 DaN. En las condiciones de tracción más frecuente (15°C), el cable estará sometido a una tracción de 550 DaN.

En las condiciones de máxima tracción (-15°C+HB), el cable estará sometido a una tracción de 1.230 DaN.

Si utilizamos el dispositivo compensador objeto de la invención, para este cable puede 5 ser óptimo emplear una tracción de 550 DaN, que representa un E.D.S. del 10%, Y tendremos que:

En las condiciones de mínima tracción (50°C), el cable estará sometido a una tracción en torno a 550 DaN, que representa un E.D.S. del 12%.

loEn las condiciones de tracción más frecuente (15°C), el cable estará sometido a una tracción en torno a 550 DaN, que representa un E.D.S. del 10%. En las condiciones de máxima tracción (-15°C+HB), el cable estará sometido a una tracción en torno a 550 DaN, que representa un E.D.S. del 4,5%.

15 Es decir, hemos optimizado la tracción del cable, y tenemos un E.D.S. adecuado, cuando nos interesa que la flecha no sea excesiva, es decir a 50°C, y tenemos un E.D.S. reducido, cuando nos interesa que la tracción no sea excesiva, es decir a -15°C + HB•

El dispositivo compensador, para una constante de muelles de 0,3/1 000, presentará un 20 alargamiento de: a 50°C de 0,31 m, a 15°C de 0,32 m ya-15°C + HB de 0,33 m.

Se ha realizado un análisis exhaustivo para los diferentes tipos de cables más utilizados y para diferentes configuraciones de vanos y ubicaciones, y se ha comprobado que en todos los casos la dinámica es similar siendo el dispositivo compensador objeto de la

25 invención totalmente generalizable.

TENSE (DaN)

1000 ~

-----:

--: ......0,25/1000800

-

_0,5/1000

....... 1/1000

~2/1000

400 ....3/1000

o

o 10 20 30 40 50

Para un vano de 250 m, con un tense de ED.S. 14%, en zona "A", y con cable tipo LA-175, y para diferentes constantes de muelle de: 0,25/1000 miDaN, 0,5/1000 miDaN, 1/1000 miDaN, 2/1000 miDaN, y 3/1000 miDaN, tendremos los siguientes resultados (Ver la gráfica anterior y la tabla siguiente):

K (miDaN): MÁX-MÍN TENSE (DaN) MÁX-MÍN L'lL (m)

0,25: 121 0,030

0,5: 85 0,043

10: 54 0,054

2: 31 0,063

3: 22 0,066

15 Puede observarse que a mayor constante "K" del muelle, la variación entre la tensión (MÁX-MÍN TENSE (DaN), correspondiente a O-50°C) será menor, siendo no obstante la aportación del muelle mayor (MÁX-MÍN L'lL (m)).

Se ha dotado además el dispositivo compensador de una serie de funciones: indicación

2 O de la tracción del cable, tele aviso de alarma en caso de tracción mínima, tele aviso de alarma en caso de tracción máxima, tele indicación de la corriente de fuga de la cadena de aisladores de amarre, y tele aviso de alarma en caso de corriente de fuga máxima.

Se describe la invención con todo detalle en los dos apartados siguientes. 25

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

3 O La figura 1 es una vista en alzado y perfil de una torre eléctrica de celosía metálica con armado recto cualquiera, en las cuales se puede observar una colocación de una realización del dispositivo compensador lA, lB, lC, lA', lB', lC'.

La figura 2 es una vista, de un corte longitudinal en alzado, de una realización del dispositivo 1. En "a" se puede observar el dispositivo compensador en reposo, y en "b" se observa en trabajo máximo.

5 La figura 3, es una vista, en alzado, de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecia la composición exterior del dispositivo compensador.

La figura 4, es una vista, de un corte longitudinal en alzado, de una colocación de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecia una torre de celosía metálica 1 O cualquiera 1 O 1.EI dispositivo compensador se encuentra en estado de reposo (normalmente se elegirá esta situación para una temperatura del cable de 50°C).

La figura 5, es una vista, de un corte longitudinal, en alzado, de una colocación de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecia una torre de celosía metálica

15 cualquiera 101.EI dispositivo compensador se encuentra en estado de máximo trabajo (normalmente se elegirá esta situación para las condiciones más desfavorables del cable: Zona A: -5°C, Zona B: -15°C+HB, Zona C: -20°C+Hc). Puede observarse que el puente 107 ha ascendido para suministrar la longitud que aporta el dispositivo compensador.

20 La figura 6, es una vista, en planta, de una colocación de una realización del dispositivo 1 A, 1 B, 1 e, 1A', 1B', 1e', en la cual una torre realiza la función de alineación o de anclaje.

25 La figura 7, es una vista, en planta, de una colocación de una realización del dispositivo lA, lB, le, lA', lB', le', en la cual una torre realiza la función de ángulo.

La figura 8, es una vista, en alzado, de una realización del dispositivo 1, en la que 3 O puede apreciarse el tomillo de fijación 800 del dispositivo compensador.

La figura 9, es una vista esquemática, de una planta y perfil, de un tendido eléctrico cualquiera, en que se indica en qué apoyos, según su función, se requerirá el empleo de una realización del dispositivo 1.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

En la figura 1, que es una vista en alzado y perfil de una torre eléctrica de celosía metálica con armado recto cualquiera, puede verse una de las posibles realizaciones del

5 dispositivo objeto de la invención 1, Y que es aquélla en que se dispone de una colocación de una realización del dispositivo compensador lA, lB, lC, lA', lB', lC'. El criterio es la colocación de un dispositivo compensador por cada cable de llegada o de salida.

10 La figura 2, es una vista, de un corte longitudinal en alzado, de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecian unos herrajes típicos de amarre para un cable 103, 105, una cadena de aisladores de amarre 104, la composición mecánica interior del dispositivo compensador: carcasa 200, muelle helicoidal de compresión 201, muelle helicoidal de extensión 203, disco de unión 202, eje 204 y herraje con orificio pasante

15 205. En "a" se puede observar el dispositivo compensador en reposo, y en "b" se observa en trabajo máximo. La distancia longitudinal entre el herraje 205, en "a" y "b", es la máxima longitud que puede aportar el dispositivo compensador.

En la figura 3, que es una vista, en alzado, de una realización del dispositivo 1, se

2 O aprecia la composición exterior del dispositivo compensador: regla graduada 300, en DaN (aproximación del kg en el SI), que ejerce el dispositivo compensador 1, indicador para la señalización de la tracción ejercida 301 (el indicador se encuentra a la derecha para tracción nula, ya la izquierda para tracción máxima); sensor toroidal para la indicación de la corriente eléctrica de fuga del aislador 302, final de carrera para la

25 indicación de tracción máxima 303, final de carrera para la indicación de tracción mínima 304 (se pueden desplazar ambos finales de carrera por un carril 306, a voluntad), dispositivo receptor de las señales del sensor y finales de carrera y envío inalámbrico 305, cableado de interconexión 308 y célula solar fotoeléctrica 307 para alimentación del dispositivo 305. El indicador de tracción del dispositivo compensador

3 O tiene dos funciones: indicar la tracción a la que se encuentra en tiempo real el dispositivo compensador, y activar los topes de los finales de carrera anteriormente descritos. Esta segunda función, permite realizar un aviso de alarma en dos casos: cuando el cable se encuentre sometido a una tracción superior a la prefijada (normalmente cuando se den unas condiciones climatológicas superiores a las previstas

35 como más desfavorables), o cuando el cable se encuentre sometido a una tracción inferior a la prefijada (normalmente para el caso de rotura de cable). El sensor toroidal para la indicación de la corriente eléctrica de fuga del aislador, es un complemento optativo, para aprovechar el sistema receptor de señales y de aviso inalámbrico. Indicará la intensidad de corriente de fuga de la cadena de aisladores de amarre para

5 realizar labores de mantenimiento predictivo, e incluso generará un aviso de alarma cuando se supere un valor prefijado para la realización de labores de mantenimiento correctivo.

En la figura 4, que es una vista, de un corte longitudinal en alzado, de una colocación

10 de una realización del dispositivo 1, se aprecia una torre de celosía metálica cualquiera 101, la ubicación del dispositivo compensador 1, l' (se coloca un dispositivo compensador por cable) en la parte superior de la cabeza de la torre 101, unos herrajes típicos de amarre 103, 103', unas cadenas de aisladores de amarre 104, 104', unos herrajes típicos de amarre para la unión de la cadena y el dispositivo compensador 105,

15 105' Y un puente que mantiene la continuidad eléctrica 107. El dispositivo compensador se encuentra en estado de reposo (normalmente se elegirá esta situación para una temperatura del cable de 50°C).

En la figura 5, que es una vista, de un corte longitudinal en alzado, de una colocación

2 O de una realización del dispositivo 1, se aprecia una torre de celosía metálica cualquiera 101, la ubicación del dispositivo compensador 1, l' (se coloca un dispositivo compensador por cable) en la parte superior de la cabeza de la torre 101, unos herrajes típicos de amarre 103, 103', unas cadenas de aisladores de amarre 104, 104', unos herrajes típicos de amarre para la unión de la cadena y el dispositivo compensador 105,

25 105' Y un puente que mantiene la continuidad eléctrica 107. El dispositivo compensador se encuentra en estado de máximo trabajo (normalmente se elegirá esta situación para las condiciones más desfavorables del cable: Zona A: -5°C, Zona B: -15°C+HB, Zona C: -20°C+Hc). Obsérvese que el puente 107 ha ascendido para suministrar la longitud que aporta el dispositivo compensador.

30 La figura 6 es una vista, en planta, de una colocación de una realización del dispositivo 1 A, 1 B, 1 C, 1 A', 1B', 1C', en la cual una torre realiza la función de alineación o de anclaje, formando un ángulo de 90° con la torre los cables de las tres fases de llegada 600A, 600B, 600C y los cables de las tres fases de salida 600A', 600B', 600C'. Si la torre realiza la función de inicio o de fin de línea, sólo tendremos cables de salida o de llegada, respectivamente.

La figura 7, es una vista, en planta, de una colocación de una realización del dispositivo lA, lB, lC, lA', lB', 1C', en la cual una torre realiza la función de ángulo, formando los cables de las tres fases de llegada 600A, 600B, 600C, y los cables de las tres fases de salida 600A', 600B', 600C', un ángulo genérico a CO) con la torre. Puede observarse que el dispositivo compensador se alinea en su montaje con la dirección del cable, 10 que facilita el funcionamiento del dispositivo compensador y reduce la aparición de tensiones mecánicas transversales.

En la figura 8, que es una vista, en alzado, de una realización del dispositivo 1, puede apreciarse el tomillo de fijación 800 del dispositivo compensador. El tomillo de fijación 800 se une con el perfil de la cruceta de la torre 102, mediante' la correspondiente tuerca y pasador 801. Este sistema facilita que el dispositivo compensador se pueda girar en el momento de su colocación para su alineación con los cables. También se puede construir con dos tomillos de fijación, haciendo que la cruceta tenga una ranura corrida curvada para recoger la posición móvil del segundo tomillo de fijación, y permita el giro del dispositivo compensador.

La figura 9 es una vista esquemática, de una planta y perfil de un tendido eléctrico cualquiera, en que se indica en qué apoyos, según su función, se requerirá el empleo de una realización del dispositivo 1. Se requerirá en los apoyos de inicio y fin de línea, en los apoyos de alineación con cadenas de amarre, en los apoyos de anclaje y en los apoyos de ángulo. Mediante estas indicaciones, cada vano singular y serie, dispondrán de un dispositivo compensador al inicio y al final del cable, reduciendo a la mitad la elongación que tiene que aportar cada dispositivo compensador y reduciendo así el ascenso de los puentes.

Claims

Reivindicaciones

1. Dispositivo compensador de vanaClOnes de longitud de cables tensados de tendidos eléctricos 1, con la finalidad de compensar las variaciones de longitud, debidas principalmente a la temperatura y sobrecargas de viento y hielo, de un cable tensado 600 de un tendido eléctrico cualquiera caracterizado por:

constar de un eje deslizante 204 que actúa por el efecto combinado de un muelle helicoidal de compresión 201 Y un muelle helicoidal de extensión 203, manteniendo una tracción en el cable tensado 600 prácticamente constante;

y porque dicho muelle helicoidal de compresión 201, está ensamblado mediante un disco de unión 202 a un muelle helicoidal de extensión 203;

y porque dispone de un eje deslizante 204, que está unido en un extremo al citado disco de unión 202 y en el otro extremo, mediante un herraje con un orificio adecuado 205, al comienzo de una cadena de amarre de un cable tensado 600, estando el conjunto en el interior de una carcasa 200, normalmente de configuración cilíndrica;

y porque el muelle helicoidal de compresión 201 se verá sometido exclusivamente a esfuerzo de compresión y el muelle helicoidal de extensión 203 se verá exclusivamente sometido a esfuerzo de tracción, con lo que se uniformiza la característica de carga del conjunto;

constar de una regla graduada 300 que representa la reacción elástica que ejerce el dispositivo compensador 1;

y porque comprende un indicador para la señalización de dicha reacción elástica ejercida 301;

y porque comprende un sensor toroidal para la indicación de la corriente eléctrica de fuga del aislador 302 que forma parte de la cadena de amarre de un cable tensado 600;

y porque comprende un final de carrera para la indicación de la tracción máxima 303, y un final de carrera para la indicación de tracción mínima 304, siendo desplazables ambos finales de carrera por un carril 306, a voluntad;

y porque comprende un dispositivo receptor de las señales del citado sensor y de los citados finales de carrera y además realiza la función de envío inalámbrico 305;

y porque comprende un cableado de interconexión 308 y comprende una célula solar fotoeléctrica 307 para alimentación del dispositivo 305.
2.

Dispositivo compensador de vanaClOnes de longitud de cables tensados de tendidos eléctricos 1, según la reivindicación primera caracterizado por:

estar ideado para ser colocado sobre una cruceta cualquiera 102 de un apoyo cualquiera 101, alineándose en su montaje con la dirección del cable, 10 que facilita el funcionamiento del dispositivo compensador y reduce la aparición de tensiones mecánicas transversales.
3.

Procedimiento de mantenimiento de tendidos eléctricos que utiliza el dispositivo 1 caracterizado porque:

el indicador de tracción 301 del dispositivo compensador tiene dos funciones: indicar la reacción elástica a la que se encuentra en tiempo real el dispositivo compensador y por 10 tanto la tracción a la que se ve sometido el cable, y activar los topes de los finales de carrera anterionnente descritos, pennitiendo esta segunda función realizar un aviso de alanna en dos casos: cuando el cable se encuentre sometido a una tracción superior a la prefijada, nonnalmente al darse unas condiciones climatológicas superiores a las previstas como más desfavorables, o cuando el cable se encuentre sometido a una tracción inferior a la prefijada, nonnalmente para el caso de rotura de cable;

el sensor toroidal 302 para la indicación de la corriente eléctrica de fuga del aislador, es un complemento optativo, para aprovechar el sistema receptor de señales y de aviso inalámbrico que indicará la intensidad de corriente de fuga de la cadena de aisladores de amarre para realizar labores de mantenimiento predictivo, e incluso generará un aviso de alarma cuando se supere un valor prefijado para la realización de labores de mantenimiento correctivo

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