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PORQUÉ Y CUÁNDO USAR CONDUCTORES

Un conductor ACSS ofrece, frente a un ACSR, mayor capacidad de conducción de corriente, menor flecha para un vano y estructuras dadas, mejores capacidades de amortiguamiento frente a vibraciones eólicas, y menor incidencia de creep a largo plazo. Es además solución técnico-económica óptima para situaciones con cargas estacionales fuertes; pudiendo duplicar la capacidad de transmisión de un corredor a la vez que resulta más competitivo a nivel económico que las otras alternativas de la familia de conductores HTLS (High Temperature Low Sag) como el ACCC, TACIR, ACCR. Además, es la alternativa más sencilla de instalar, confiable y madura de dicha familia; presenta miles de km instalados con más de 35 años de líneas operativas exitosas.

Ello lo vuelve un candidato ideal para proyectos de repotenciación de líneas existentes aprovechando estructuras, para realizar tramos nuevos que precisen capacidades de conducción mayores a los permitidos convencionalmente a igual sección de conductor, o para reconfigurar vanos existentes manteniendo o reduciendo flechas, lo que resulta crítico, por ejemplo, en cruce de ríos, rutas, ferrocarriles, etc.

En este artículo se examina el conductor en detalle, y se realiza una explicación acerca de sus características, aspectos técnico-económicos y sus ventajas asociadas.


CONDUCTORES DE ALTA TEMPERATURA Y BAJA FLECHA
Tecnología ACSS (Aluminum Conductor Steel Supported)

COIDEA S.A., le ofrece la provisión integral de materiales, supervisión y capacitación in-situ, logística y gestión técnica y comercial para concretar en forma exitosa y económica proyectos de repotenciación de líneas aéreas de alta tensión y extra-alta tensión, manteniendo estructuras originales, para nuevos tramos con mayor capacidad de transmisión que la convencional a una sección y tensión dada, o para proyectos cuyo objetivo es disminuir flechas y/o reducir alturas libres.

¿Qué es el ACSS?

La tecnología ACSS (Aluminum Conductor Steel Supported) es básicamente un ACSR, pero donde el aluminio es sometido a un tratamiento de recocido completo (denominado aluminio 1350-O), que desacopla la performance mecánica del conductor de aluminio y el núcleo de acero. Además, disminuye su punto de fluencia, aumenta su conductividad y su ductilidad. Integra el grupo de conductores conocidos como HTLS, i.e. conductores de alta temperatura y baja flecha (High Temperature - Low Sag).

¿Es un conductor más costoso? ¿Es un sistema confiable?

El ACSS es una de las variantes más económicas de los HTLS, siendo apenas un poco más costoso que un ACSR, alcanzando raramente el doble de su precio puesto en obra (para obras de pocos km en lugares de difícil acceso) y siendo fuertemente más competitivo que, por ejemplo, el ACCC (conductores con núcleos de composite). Debido a que además presenta más de 35 años de experiencia con miles de km de líneas operativas exitosas, mientras que las alternativas tecnológicas no presentan tal nivel de madurez ni confiabilidad probada, resulta entonces la alternativa más escogida de los HTLS, particularmente en EE.UU. y la Unión Europea.

De todos modos, es interesante recordar que no debe hablarse del conductor como una unidad independiente, sino del sistema de conducción,  integrando conductor, grapas, amarres, etc., siempre diseñados para la solución en cuestión. De modo que debe recalcarse que, aún agregando todos los elementos intervinientes: cables, accesorios, obra, supervisión, logística, etc., sus costos y tiempos resultan  sustancialmente menores que el de construir una nueva línea, y se puede  hasta duplicar la ampacidad de la línea original manteniendo las estructuras.
 ¿Cuáles son las razones que explican estas virtudes?

Veamos cada una en mayor detalle:
Capacidad de operación a alta temperatura: Debido a que el aluminio se encuentra completamente recocido, no tiene posibilidad de seguir recociéndose operativamente. Una duda que puede surgir es cómo afecta esta cuestión a la resistencia mecánica del conjunto y su carga de rotura. La resistencia mecánica del conjunto la dirige principalmente el acero, por cuanto el aluminio recocido presenta un límite de fluencia muy bajo y por tanto al aplicar tensión sobre el ACSS, ocurre una elongación inelástica del aluminio muy rápidamente, forzando toda la carga sobre el núcleo de acero. En efecto, bajo la mayoría de los estados operativos, existe o bien poco, o prácticamente ningún esfuerzo sobre las cuerdas de aluminio, de allí que su nombre sea: "Steel Supported": todo el trabajo es realizado por el acero. Incluso a máxima tensión, el conjunto depende muy poco del aluminio. De modo que se puede operar a, por ejemplo, 200ºC sin riesgo mecánico para el conductor.

Para reforzar la explicación de esta cuestión, observemos que, en un ACSR convencional, la fuerza del conductor se basa generalmente en la fuerza mínima promedio de las cuerdas de aluminio (e.g. H19) y la mínima de las cuerdas de acero a 1% de extensión. ¿Por qué al 1% del acero? Simple, porque la ductilidad de las cuerdas de un H19 es considerablemente inferior a la de las cuerdas de acero y cuando dos cables de distintos metales se tiran al unísono, tal como resulta en un ACSR, aquel con menor ductilidad será el primero en fallar. En el caso de las cuerdas de aluminio H19, es factible que fallen a menos de 1% de extensión, de modo que cualquier fuerza basada más allá del 1% del acero no tendría sentido para considerar como una contribución a la fuerza total del ACSR. En el caso del ACSS, su deformación puede ser del 20-30%, que es considerablemente más que los 3,5-4,5% exigidos por algunas normas, como ser la ASTM –Spec. B 498. De modo que, en este caso, el acero es el metal menos dúctil, y ya no es necesario restringir la fuerza que se puede emplear a la fuerza del 1% de extensión. Además, los límites térmicos operativos del conductor dependerán únicamente de los recubrimientos protectores del acero. Todo esto indica que, con respecto a un conductor convencional, el ACSS puede operar a temperaturas más altas de lo habitual sin riesgos, aumentando su capacidad de conducción.

Menor flecha para un mismo vano: La dilatación térmica del conjunto responde solamente al coeficiente de dilatación del acero, que tiene un coeficiente menor que el aluminio, reduciendo por tanto la flecha para un vano dado con respecto a un ACSR equivalente bajo las mismas condiciones ambientales y de carga por hielo y viento. Esta tecnología cuenta con más de 35 años de respaldo, de modo que se logra menor flecha y máyor capacidad de conducción con la tranquilidad que aporta una tecnología ya consolidada. De todos modos, para cada caso debe realizarse un análisis particular para determinar la reducción que se puede realmente lograr.

Mejor performance frente a vibraciones eólicas: En general, un conductor convencional presenta una cierta capacidad propia de amortiguar las oscilaciones mecánicas asociadas con vibraciones inducidas por viento. Una perspectiva posible es pensar que la energía que se disipa desde el sistema al amortiguar se debe al calor generado por la fricción entre hebras a medida que las cuerdas deslizan una con respecto a otra. No obstante, antes de que las cuerdas puedan deslizarse, y por tanto presentar este amortiguamiento, se requiere de una fuerza que venza la fricción estática de acoplamiento entre cuerdas. Esta fricción también viene dada por el estado de tensión del conductor, razón por la cual en las normas se aconseja siempre un valor % bajo de la carga de rotura del conductor para tensar las líneas, so pena de inducir riesgo de falla por fatiga. Sin embargo, el ACSS manifiesta una tensión interna mucho menor debido a su condición de conductor “suave”, existiendo un estado de fricción de acoplamiento estático mucho más débil entre capas sucesivas. Como resultado de ello, las cuerdas del ACSS se encuentran mucho más libres para desplazarse en forma relativa hacia aquellas en otras capas al flexionarse el conductor. Ello repercute en una mejor capacidad del conductor para amortiguar estas vibraciones y en particular implica que goza de un grado de inmunidad muy importante frente a posibles fallas por fatiga de las cuerdas de aluminio.

Resistencia al creep a largo plazo: Durante el tiempo que el conductor preste servicio, la tensión va a estar prácticamente siempre transmitida al núcleo de acero, en particular bajo todas las condiciones operativas que exponen al aluminio a un creep a largo plazo. El creep rate del acero a lo largo del espectro de condiciones operativas de tensión y temperaturas plausibles es muy bajo como para representar un inconveniente. De modo que podemos estar tranquilos en que la flecha final no se verá afectada por el creep a largo plazo del aluminio.

¿Qué consideraciones deben tenerse para los accesorios?

Resulta de interés comprender que al instalar un cable ACSS, existen diferencias con relación a los accesorios convencionales empleados e.g. en la instalación de un ACSR. Ello se debe a que por la operación a alta temperatura que resultan normales para un ACSS los accesorios deben ser capaces de disipar estas temperaturas de operación nominalmente. Por tanto, suelen sobredimensionarse y tener ciertas características particulares.

Puede instalarse igual que un ACSR?

La instalación del ACSS y ACSS/TW es muy semejante a la de un ACSR, y cuando se realiza en forma correcta, no conlleva mayores dificultades. En efecto, una vez comprendidos los pormenores, la instalación implica un tiempo de obra muy semejante al de un ACSR. En este caso, se realiza únicamente mediante el “Método de Tensión”. El diámetro de los bullwheels, de las roldanas, sus recubrimientos y la geometría de las ranuras, son algunas de las cuestiones que deben estar verificadas debidamente previas a la instalación para asegurarse el éxito de la mismas. Existen otras particularidades, cuyo escrupuloso respeto implicarán el éxito de la instalación, la seguridad de los trabajadores y la integridad del conductor. También, durante su vida útil, es importante tener en cuenta las consideraciones de mantenimiento para reparación de daños. Por ello, es esencial la capacitación in-situ y la supervisión de obra; particularmente en los tramos iniciales del tendido.


 Un caso práctico: comparación de un ACSR contra un ACSS de la misma sección


A modo de ejemplo, el equivalente a un ACSR 150/25 es un ACSS Ostrich de 300 kcmil. (VER CATALOGO) Es factible tomar una sección menor, pero compararemos igual contra igual. El mismo  tendría una formación de 26 x 2,7 mm y 7 x 2,1 mm. El diámetro exterior aprox. sería de 17,27 mm. Pesaría 613 kg/km con 5670 kgf (55 kN) de RBS. En esencia, hasta ahí igual a un ACSR 150/25. No modificaría los tiros sobre las estructuras existentes.


La diferencia radica en la intensidad de corriente admisible. Su ampacidad con condiciones de referencia idénticas sería 15% superior a 75ºC y 2 veces superior a la nominal, operando el conductor a 180-200ºC (de allí el nombre de “alta temperatura”), Es decir, un cambio importante que permite (dependiendo de la zona), por ejemplo, transmitir 150-200 MVA con un conductor 150/25 a 132 kV sin ningún problema.


  


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