Estimados, adjunto mas abajo la primera parte de la traducción (reproducida tal cual fue escrita en idioma original) de una nota que se suele encontrar en Inglés y que seguramente les podrá ser de utilidad en el ámbito de los materiales utilizados para las lineas de Transmisión de Energía Eléctrica en Media y Alta Tensión.
Actualmente las Líneas eléctricas utilizan tres tipos de materiales conductores que son los más populares, el AAC o Aluminio grado Eléctrico, el AAAC que es la Aleación de Aluminio y el ACSR que es el Cable de Aluminio reforzado con Acero.
Acá les dejo las diferencias y bondades que tiene cada uno de los materiales mas utilizados. Les agradecería me comenten si les fué de utilidad.
(Transmission Conductors - A Review of the Design and
Selection Criteria)- Traducción de la Nota Completa
Fuente:
http://www.southwire.com/support/TransmissionConductoraReviewOfTheDesignandSelectionCriteria.htm
F. Ridley Thrash, Jr.
Chief Engineer, Overhead Conductors
Wire & Cable Technology Group
Southwire Company
Introducción:
Cambios notables se han producido en la industria de
servicios públicos desde que Thomas Edison comenzó la venta comercial de la
electricidad hace más de 100 años. Una de las áreas que ha sido objeto de
extensos cambios ha sido el área de los tipos de conductores disponibles para
transmitir y distribuir electricidad. El cobre fue el primer metal utilizado
para transmitir electricidad durante el desarrollo de la industria eléctrica en
la década de 1880. Una revisión de los criterios de selección de conductores de
transmisión y distribución, priorizó una amplia utilización del ALUMINIO, los sugestivos tamaños de
conductores de cobre estaban siendo utilizados principalmente en base a
consideraciones mecánicas, debido a la desproporcionada alta conductividad del
cobre, con base en la relación resistencia-peso. Los conductores eran, por lo
tanto, generalmente más grandes de lo necesario desde el punto de vista de la
conductividad eléctrica eficiente. Debido al peso, las longitudes de los Vanos
eran cortas, aumentando así el coste global de la línea de transmisión.
Poco antes del cambio de siglo, el aluminio comenzó a
sustituir el cobre como el metal de elección para los conductores de
transmisión y distribución. La primera línea de transmisión utilizando
conductores de aluminio se construyó en California en 1895, rápidamente seguido
por una segunda línea en 1898. La primera línea de transmisión que utilizó un
cable (7-Hilos) trenzado de aluminio fue construido por el Connecticut Light
Electric Company en 1899 y permaneció en operación diaria durante más de 50
años. A partir de estas primeras instalaciones, el uso de conductores
eléctricos de aluminio ha aumentado constantemente hasta que se convirtió en el
material de elección para líneas de transmisión de los ingenieros de diseño
hasta hoy Día. Durante más de 90 años de aluminio ha sido utilizado por las
empresas eléctricas para la transmisión y distribución de energía eléctrica. A
pesar de que casi reemplaza completamente al Cobre para usos en LINEAS AÉREAS, De
todos los metales NO-preciosos conocidos, el aluminio ocupa el segundo lugar, después del
cobre, en cuanto al parámetro de la conductividad. El aluminio posee una relación
de conductividad-peso dos veces superior a la del cobre y su relación Esfuerzo
de rotura-peso es 30% mayor que el cobre.
Cuando el conductor
de aluminio entró en uso relativamente amplio, en los inicios del 1900, la experiencia indicaba que se necesitaba
de un conductor con una mayor relación resistencia a la rotura-peso. Así, en
1907 se introdujo un nuevo cable compuesto de aluminio-acero. Este nuevo
conductor combina el peso ligero y alta capacidad de corriente de aluminio con
la alta resistencia de un núcleo de acero galvanizado. ACSR, conocido como
conductor de aluminio, reforzado con acero, llegó a ser conocido, ganó una
rápida aceptación y fue utilizado casi exclusivamente en todo el mundo hasta
1939. La excelente conductividad del ACSR, junto con su excelente relación
resistencia de rotura-peso y facilidad de manejo; lo hizo el conductor dominante para la
electrificación rural en los Estados Unidos que se inició durante los años
1920.
En 1939 se introdujo un nuevo cable de aleación de
aluminio-magnesio-silicio. El nuevo cable de aleación de aluminio (AAAC) fue
desarrollado para retener las propiedades mecánicas y eléctricas de ACSR al
tiempo que mejora las características de peso y resistencia a la corrosión. La
introducción del cable de aleación de aluminio y el posterior desarrollo del conductor
de aluminio compuesto, el cable reforzado de aleación de aluminio, introdujo
nuevas alternativas a la utilización del ACSR. Como con la mayoría de los
nuevos productos, particularmente en aplicaciones tan críticas como la
transmisión eléctrica y distribución, la aceptación del nuevo conductor de
aleación fue lenta. En los últimos años, sin embargo, las reconocidas mejoras
eléctricas de los conductores de aleación sobre el ACSR, ha conducido a una tendencia creciente del uso de la aleación de aluminio y cables de
aleación de aluminio y aluminio compuesto.
Más recientemente, muchos diseños innovadores de conductores
se han desarrollado para hacer frente a las necesidades cambiantes de la
industria de servicios eléctricos. Nuevas aleaciones se han desarrollado para
proporcionar estabilidad térmica, aumento de la conductividad, resistencia a la
vibración y otras características específicas. Con cada cambio hay un
compromiso. Con cada compromiso hay una nueva oportunidad de diseño.
El Diseño del conductor y / o la selección de líneas de
transmisión y distribución, se ha convertido en una ciencia. La selección del
tipo de conductor y el tamaño óptimo para un diseño de línea de transmisión o
distribución dada, requiere una comprensión completa de las características de
todos los tipos de conductores disponibles. Este entendimiento debe abarcar más
que la capacidad de transporte de corriente o el rendimiento térmico de un
conductor. Se debe incluir un sistema de enfoque, para la selección del
conductor: la estabilidad de la línea
frente a la capacidad de carga de corriente; operación económica en comparación
con la carga térmica; fluencia del conductor y comportamiento resultante a altas
temperaturas y cargas mecánicas adversas, Esfuerzo del conductor determinado
por el rendimiento de tensión-deformación y las características de fatiga del
metal son sólo algunos de los parámetros de diseño del sistema a evaluar.
Tipos de Conductores:
No existe un proceso único por el cual todas las líneas de
transmisión y / o distribución están diseñados. Está claro, sin embargo, que todos los principales
componentes de los costos de diseño de la línea, dependen de los parámetros
eléctricos y mecánicos de los conductores.
Hay cuatro tipos principales de conductores aéreos utilizados
para la transmisión y distribución eléctrica.
AAC – All Aluminium
Conductor (Conductor Todo Aluminio)
AAAC – All Aluminium
Alloy Conductor (Conductor Todo aleación
de aluminio)
ACSR – Aluminium Conductor
Steel Reinforced (Conductor de Aluminio reforzado
con acero)
ACAR – Aluminium Conductor
Alloy Reinforced (Conductor de Aluminio reforzado
con aleación de aluminio)
Las diversas combinaciones y modificaciones de estos tipos de
conductores proporcionan una amplia variedad de diseños posibles de los conductores.
AAC - Conductor Todo
Aluminio, conocido como ASC, conductor trenzado
de aluminio, se compone de una o más hebras de la aleación 1.350 de aluminio, con la gráfica de templado H19. La aleación 1.350
de aluminio, anteriormente conocido como grado de la CE o de aluminio de grado
eléctrico, tiene una conductividad mínima de
61,2% IACS.
Debido a su relación relativamente pobre resistencia-peso, AAC ha tenido un uso
limitado en líneas de transmisión y distribución rural debido a los largos VANOS
utilizados. Sin embargo, AAC ha visto un amplio uso en áreas urbanas donde los vanos
son generalmente cortos, pero se requiere una alta conductividad. La excelente
resistencia a la corrosión del aluminio ha hecho AAC un conductor de elección
en las zonas costeras.
ACSR - Conductor Aluminio
con acero reforzado, un estándar de la industria de servicios eléctricos desde
principios del 1900, se compone de un
núcleo de acero sólido o trenzado rodeado de una o más capas de hilos de
aluminio 1350. Históricamente, la cantidad de acero utilizado para obtener una
mayor resistencia pronto aumentó a una parte sustancial de la sección transversal
de la ACSR, pero más recientemente, como el tamaño de los conductores se ha ido
incrementando, la tendencia ha sido la de menor contenido de acero. Para conocer
los requisitos variables, ACSR está disponible en una amplia gama de contenido
de acero - a partir de 7% en peso para el hilado de 36/1 a 40% para el hilado 30/7.
Los primeros diseños
de ACSR como los trenzados o hilados 6/1, 30/7, 30/19, 54/19 y 54/7 presentaron alto contenido de acero, 26% a
40%, con énfasis en la fuerza tal vez debido a los temores de problemas de rotura
por fatiga debido a la vibración. Hoy en día, para los tamaños más grandes de AWG
o secciones de conductor más grandes, los hilados o trenzados más utilizados
son 18/1, 45/7, 72/7 y 84/19, que comprende una amplia gama de contenido de
acero de 11% a 18%. Por la resistencia a la rotura moderadamente superior
54/19, 54/7 y 26/7, el contenido de acero es de 26%, 26% y 31%,
respectivamente. La alta resistencia a la rotura del ACSR con trenzados 8/1, 07/12 y 16/19, se utiliza
sobre todo para los cables aéreos con transición a tierra, Vanos extra largos,
cruces de ríos, etc.
Los hilos del núcleo interno de ACSR pueden ser de acero
recubierto con zinc (galvanizado), disponible en la norma de peso Clase A, recubrimiento
o recubrimientos más pesados de la clase B o recubrimientos Clase C. Los Recubrimientos
Clase B tienen aproximadamente dos veces el espesor de la Clase A y los
Recubrimientos Clase C son cerca de tres veces más gruesos que la Clase A. Los
Hilos o núcleos internos también pueden ser de acero revestido en aluminio (aluminizado)
o de aluminio revestido de acero de aluminio. Este último produce un conductor
designado como ACSR / AW en la que el revestimiento de aluminio comprende 25%
de la superficie del alambre, con un espesor mínimo de revestimiento de 10% del
radio total. Los hilos de refuerzo pueden estar en un núcleo central o
distribuido por todo el cable. Los espesores de la cobertura del galvanizado o aluminizado son delgadas, y se utilizan
para reducir la corrosión de los alambres de acero. La conductividad de estos delgados
hilos de cable recubiertos es de aproximadamente 8% IACS. La conductividad aparente
del cable reforzado ACSR / AW es 20.3%
IACS
VARIACIONES DEL ACSR
6201 "AAAC"
- Un Cable con alta resistencia a la tracción, de aleación aluminio-magnesio-silicio
fue desarrollado para reemplazar a los altamente resistentes conductores ACSR 6/1.
Originalmente llamado AAAC, este conductor de aleación ofrece excelentes
características eléctricas con una conductividad de 52,5% IACS, excelentes
características Esfuerzo-Fluencia y resistencia a la corrosión superior a la de
ACSR. El templado del 6201 es normalmente T81.
Los conductores de aleación de aluminio 6201, se venden
típicamente como Reemplazos equivalentes a las formaciones ACSR 6/1 y 26/7. La equivalencia 6201 tiene
aproximadamente la misma capacidad de corriente (Ampacidad) y Resistencia a la
Rotura como sus homólogos ACSR con una relación muy mejorada resistencia al
esfuerzo-peso. Los conductores 6201 también exhiben sustancialmente mejores
características ante las pérdidas eléctricas que sus construcciones equivalentes
ACSR , de una sola capa. Sin embargo, el coeficiente de expansión térmica es
mayor que la de ACSR. Como con conductores AAC, la temperatura máxima de
cortocircuito del AAAC 6201, debe mantenerse por debajo de 340 ° C para evitar
el peligroso recocido del conductor.
En comparación con el ACSR, El AAAC tiene menor peso, comparables Resistencia al esfuerzo y capacidad de
transporte de corriente(Ampacidad), las pérdidas eléctricas son más bajas y superior
resistencia a la corrosión, que han dado a este conductor gran aceptación como
conductor de distribución. Pero ha encontrado un uso limitado, sin embargo,
como conductor de transmisión.
ACAR - (conductor
de aluminio-aleación de aluminio reforzado) - ACAR combina la aleación de
aluminio 1350 y 6201 Trenzada para proporcionar un conductor de transmisión con
un excelente balance de propiedades eléctricas y mecánicas. Este conductor
consiste en una o más capas de hilos de aluminio 1350-H19 envueltos
helicoidalmente sobre uno o más 6201-T81 alambres de aleación de aluminio. El
núcleo puede consistir en una o más hebras del 6201. La principal ventaja del
conductor ACAR radica en el hecho de que todos los filamentos son
intercambiables entre CE y 6201, permitiendo de este modo el diseño de un
conductor con un equilibrio óptimo entre las características mecánicas y
eléctricas. En efecto, ACAR es un conductor de aleación de aluminio-aluminio de
material compuesto que está diseñado para cada aplicación para optimizar las
propiedades. Inversamente, los Conductores ACAR también están disponibles con alambres
de aleación de aluminio 6201 más duros en la superficie exterior del conductor y
con el aluminio 1350 en el centro del conductor.
TÍPICAS VARIACIONES DE CONDUCTORES ACAR CON ARREGLO TRENZADO
CONCÉNTRICO
AACSR - (conductor
6201 aleación de aluminio Con acero reforzado) - Es un ACSR con los alambres de
aluminio 1350 reemplazados por alambres 6201-T81 de aleación de aluminio. La Alta
resistencia a la tracción de los alambres 6201-T81 combinado con la alta
resistencia del acero proporciona un conductor excepcional con alta resistencia
al esfuerzo y con buena conductividad. Los conductores AACSR tienen aproximadamente
40% a 60% más Resistencia a la tracción que los conductores de ACSR estándar de
trenzado equivalente, y sólo una disminución del 8-10% en la conductividad.
AACSR está disponible con todos los tipos básicos especificados para su uso con
ACSR estándar.
SSAC –(Steell
Supported aluminium cable)- (acero soportado por cable de aluminio) – El conductor
SSAC fue diseñado para su uso como un conductor de reemplazo en la modernización
de las líneas de transmisión y distribución existentes con desembolso de
capital mínimo. La premisa de diseño es Hacer funcionar un conductor a mayor
temperatura sin que se produzca el recocido perjudicial del aluminio como en el
común de los ACSR causando una pérdida
de resistencia al esfuerzo en el aluminio. El Conductor SSAC es un conductor
compuesto de aluminio-acero parecido al estándar ACSR en apariencia, en el
trenzado y en el diámetro total. Este es
el alcance de sus similitudes, sin embargo. SSAC utiliza 1350-0 (completamente
recocidos) hebras de aluminio con 63,0% de conductividad en lugar del
tradicional 1350-H19 aluminio endurecido utilizado en la norma ACSR que posee
el 61,2% IACS de conductividad(61,2% de la Conductividad del Cobre Recocido). El
núcleo de acero puede estar hecha de alta resistencia de alambre núcleo de
acero convencional o extra. En comparación con un ACSR de igual tamaño, SSAC
tiene una menor resistencia, menor resistencia a la rotura, menor fluencia al
alargamiento y menor módulo elástico. SSAC puede funcionar a temperaturas tan
altas como 250 ° C sin pérdida de resistencia al esfuerzo y se puede someter
a mayores tensiones porcentuales bajo carga debido a sus buenas características
elásticas.
SSAC ha Tenido un uso limitado en los Estados Unidos. Aunque
SSAC tiene una mejor conductividad, una temperatura de funcionamiento más alta
y una mejor característica de elasticidad en comparación con ACSR convencional,
que tiene una resistencia a la rotura más baja, por lo general dando mayores valores
de fluencia iniciales y finales. Es, sin embargo, un buen conductor a tener en
cuenta para las actualizaciones de línea si el valor actual calculado de
pérdidas eléctricas muestra un ahorro sobre el coste de conversión de la línea.
ACSR EXPANDIDO -
Este conductor está diseñado para ser utilizado donde se requieren conductores SIMPLES
de gran diámetro para reducir el gradiente de Potencial eléctrico en la
superficie del conductor proporcionando un funcionamiento libre de efecto corona.
ACSR Expandido se utiliza cuando un solo conductor, en lugar de un haz de
conductores, se utiliza a niveles de Extra Alta tensión (EHV). El ACSR
Expandido, está especialmente fabricado para tener un diámetro exterior mayor
que el que se podría lograr usando el área circular de aluminio requerido. La
expansión se logra mediante el uso de cables de gran tamaño ampliamente
espaciados en capas sucesivas de alambre cerca del núcleo. La expansión también
se ha logrado mediante el uso de figuras en metal extruido y diversas cuerdas,
papel o yute. Los Conductores expandidos pueden ofrecer características
mecanicas mejoradas, así como un diseño eficiente. Debido a las técnicas de
fabricación precisas requeridas para la fabricación de conductores expandidos y
una historia de problemas de instalación, estos conductores no se han utilizado
ampliamente.
Conductores de Cuerpo
Liso:
Algunos cables están diseñados para producir una superficie
exterior lisa y reducir el diámetro total exterior. Este menor diámetro reduce
la carga de hielo y de viento encontradas durante el mal tiempo, reduciendo así
el polo / torre de carga o permitiendo tramos de diseño más largos. Conductores
del cuerpo liso son de dos tipos - conductores compactos o conductores
compactos de alambre con forma trapezoidal, por ejemplo, conductores TW.
Conductores compactos
- conductores aéreos compactos están disponibles tanto en AAC y ACSR con
reducciones de diámetro que van desde 8% a 11%. Conductores AAC están
disponibles en un rango de tamaño de # 8 AWG a través de 1000 kcmil con
trenzado estándar como se indica en la norma ASTM. Los Conductores compactos ACSR sólo están disponibles en tamaños # 6
AWG a través de 336.4 kcmil en construcciones de un solo núcleo de alambre de
acero.
Conductores compactos se fabrican haciendo pasar el cable
trenzado a través de potentes rodillos de compactación o de una matriz de compactación.
Las hebras se deforman, en la medida en que pierden su circularidad, llenando
parcialmente los huecos entre hebras y la superficie exterior del conductor se
convierte en un cilindro relativamente suave. La reducción resultante en
diámetro total no sólo reduce las características de hielo y la carga del
viento del conductor sino que también reduce el gradiente de tensión en la
superficie del conductor.
150% / 200% ACSR
- Los términos 150% y 200% ACSR se refiere a una familia de una sola capa (6/1)
construcciones de ACSR que tienen 150% y 200% de la fuerza de la ACSR norma de
construcción equivalente aproximadamente al mismo tiempo que exhiben mismo
diámetro total. El 150% y 200% cuerpo suave ACSR fue desarrollado para
proporcionar un conductor con un aumento sustancial de la resistencia a la
rotura en comparación con construcciones 6/1 ACSR estándar. Esto se logra
mediante el uso de un alambre de núcleo de acero más grande y aplanamiento
drásticamente los hilos de aluminio para crear una superficie cilíndrica de conductor
lisa.
El 150% y 200% del
ACSR de cuerpo liso, se fabrica haciendo
pasar el cable trenzado compuesto a través de un troquel o rollos de modo
diseñado para aplanar los hilos de aluminio y llenar los intersticios que
existen en ACSR de hebra convencional. Esto da lugar a una reducción del
diámetro total del cable lo que significa una menor carga por formación de hielo y menor carga de viento más bajo y una
mayor resistencia al cociente de peso carga.
Estos conductores se han diseñado principalmente para su uso
en líneas de distribución rurales. El diámetro reducido y una alta resistencia
extra proporcionan diseño substancial y ventajas operacionales para los VANOS
más largos de una línea de distribución rural sirviendo áreas pobladas esparcidas
sujetas a condiciones de clima frío severas.
Conductores con alambres en forma Trapezoidal -
conductores compactos de alambre hechos en forma de trapezoidal (TW) es
relativamente un nuevo diseño de conductor. Estos conductores se pueden proveer
en los siguientes materiales: AAC, AAAC y construcciones ACSR y se designan
como tipos AAC / TW, AAAC / TW y ACSR / TW.
Los Diseños de conductores convencionales han utilizado
tradicionalmente alambres redondos. El uso de la tecnología para diseñar y producir
alambres trapezoidales (TW) proporciona a los diseñadores de conductores, una
alternativa a los diseños de conductores de hilos redondos convencionales. El
uso de diseños de alambre trapezoidales produce conductores compactos con menos
área de huecos y un menor diámetro exterior.
Con Trenzados ACSR convencionales, el número de hilos de
aluminio y acero definen únicamente la relación del área de acero al área de
aluminio. Por ejemplo, las construcciones ACSR 26/7 tienen la misma relación de
área de acero y área de aluminio, de aproximadamente 16%. Sin embargo, con TW
hilos (hilos de forma trapezoidal) el número de hilos de aluminio y acero no
definen necesariamente la relación entre acero y aluminio. Por lo tanto la designación de
"tipo" ha reemplazado a la
designación por “HILOS” para identificar con mayor precisión a los conductores TW. Por ejemplo, un 795
kcmil-26/7 ACSR "Drake" tiene una contraparte designada TW 795 kcmil
Tipo 16, ACSR / TW. El área de superficie de aluminio y acero de ambos conductores
son idénticos. El uso de hilos de aluminio en forma de TW hará que el ACSR / TW
tenga un diámetro más pequeño.
La siguiente tabla
relaciona los Tipos ACSR / TW en Números con la disposición de trenzado ACSR
convencional.
COMPARACIÓN DE ACSR /
TW CON TRENZADOS EQUIVALENTE DE ACSR
|
TIPO ACSR / TW
|
CONVENCIONAL ACSR
|
|
Número *
|
Trenzado *
|
|
5
|
42/7
|
|
7
|
45/7
|
|
8
|
84/19
|
|
10
|
22/7
|
|
13
|
54/7
|
|
13
|
54/19
|
|
15
|
26/7
|
COMPARACIÓN DE ACSR / TW CON TRENZADOS EQUIVALENTES DE ACSR
ACSR / TW TIPO CONVENCIONAL Número ACSR * Trenzado 5 42/7 7 45/7 8 84/19 10
22/7 13 54/7 13 54/19 15 26/7
* Número de ACSR / TW tipo es la relación aproximada de la
zona de acero al área de aluminio en%.
