Separadores y amortiguadores de separación para conductores agrupados

Un conductor agrupado resuelve un problema y genera otro. Dividir una fase en dos, tres, cuatro o más subconductores aumenta el diámetro efectivo de la fase, lo que reduce las pérdidas por corona y el ruido audible, y disminuye la reactancia; por eso, la mayoría de las líneas por encima de cierta tensión utilizan grupos de conductores. En el momento en que esos subconductores cuelgan uno al lado del otro en un tramo, comienzan a interactuar. Las fuerzas magnéticas los juntan durante una falla, el viento los hace oscilar, y el hielo o la tensión desigual modifican la forma del haz a lo largo del tramo. Un espaciador mantiene la geometría diseñada. Un amortiguador espaciador mantiene la geometría al tiempo que absorbe la energía que, de lo contrario, causaría fatiga en el conductor a la altura de las abrazaderas.

Este artículo está dirigido a quienes compran, instalan y dan mantenimiento a estas piezas: qué función cumple realmente un espaciador, en qué se diferencian las tres familias mecánicas, qué campos de la hoja de especificaciones determinan el ajuste, cómo se determinan las posiciones, qué errores cometen los equipos de instalación y cómo evaluar una unidad instalada desde el suelo.

¿Por qué un haz necesita espaciadores?

Un haz no es un cuerpo rígido. Cada subconductor es un cable de acero independiente sometido a su propia tensión, y lo único que los mantiene unidos son los herrajes sujetos a ellos. Entre una abrazadera y otra, cada uno vibra, se balancea y se comba según su propia tensión, la carga de hielo y la exposición al viento. Nada los mantiene en la separación prevista a menos que un componente se encargue de ello.

Pinchazo por cortocircuito

Durante un fallo, la corriente fluye en la misma dirección a través de todos los subconductores de una fase. Las corrientes paralelas en la misma dirección se atraen, por lo que el haz se colapsa hacia adentro y rebota cuando se resuelve el fallo. El armazón y las abrazaderas deben soportar ese apriete y rebote sin sufrir deformaciones permanentes, sin deslizarse a lo largo del conductor y sin ejercer un momento flector dañino sobre los hilos de aluminio. Por eso, la resistencia al cortocircuito aparece en la hoja de datos como un caso de diseño, junto con la corriente y la duración con las que se verificó.

Movimiento provocado por el viento

El viento no se limita a empujar el haz hacia los lados. Genera vórtices en el lado de sotavento de cada subconductor, y en un haz, la estela de un conductor llega al siguiente. El resultado es una serie de movimientos: vibración eólica de alta frecuencia y baja amplitud, oscilación entre tramos en la que el haz se balancea y los subconductores intercambian posiciones, y galope bajo condiciones extremas de formación de hielo. Los espaciadores lo cambian todo, porque dividen un tramo largo en subtramos más cortos con sus propias frecuencias naturales, y porque una unidad amortiguada convierte parte del movimiento en calor en lugar de transmitirlo a la abrazadera. La mecánica se explica en esta explicación de la vibración eólica; lo importante aquí es que el espaciador es parte del tratamiento, no un accesorio.

¿Qué pasa cuando el paquete queda sin soporte?

Sin espaciadores en un tramo largo, los subconductores se acercan en el centro, se tocan y se separan de nuevo, miles de veces. El aluminio es blando, y el roce entre dos conductores elimina material sin que se produzca ninguna chispa visible, dejando los hilos externos aplanados y, finalmente, rotos. Para cuando el daño es visible desde un camión con canasta, apretar un tornillo ya no es la solución; se convierte en un trabajo de reparación del conductor. El roce también desgasta los revestimientos de los herrajes de la torre y, en el peor de los casos, produce una descarga eléctrica entre subconductores de la misma fase.

Tres familias mecánicas: rígida, flexible y amortiguada

A menudo se presenta a estas tres familias como variantes de un mismo producto, siendo la “amortiguada” la mejor. Esa no es la mejor forma de comprarlas. Resuelven problemas distintos y cada una tiene un modo de falla que las otras no tienen.

Espaciadores rígidos

Un espaciador rígido es un marco fijo —por lo general, un marco de aluminio cuadrado o triangular, a veces un cuerpo forjado— con una abrazadera en cada posición de subconductor y, prácticamente, sin movimiento relativo entre los conductores. Es sencillo, económico y proporciona una geometría predecible del haz. Es adecuado para tramos cortos, haces de distribución compactos con tensión moderada y barras colectoras de subestaciones, donde los tramos son cortos y la vibración no es la carga dominante. Su desventaja es que cada movimiento del haz encuentra resistencia en la abrazadera, por lo que el conductor soporta la tensión en el borde de la abrazadera. Una vez que el revestimiento se endurece o la abrazadera se aprieta en exceso, la abrasión comienza en ese punto.

Espaciadores flexibles y de resorte

Un espaciador flexible permite la articulación: uniones con bisagras o brazos de acero para resortes, de modo que el marco se abre y se cierra ligeramente en lugar de oponer resistencia al haz. Esto reduce la tensión de flexión que se aplica al conductor y permite tolerar pequeños errores en el espaciado del haz y la posición de la abrazadera. La contrapartida es una menor restricción contra la oscilación en el tramo secundario y la dependencia de que los elementos de resorte mantengan sus propiedades. Cuando los brazos están unidos con elastómero, la línea de unión es la parte que hay que vigilar.

Amortiguadores espaciadores

Un amortiguador espaciador conserva la geometría de un marco rígido, pero incorpora un elemento amortiguador —un bloque de elastómero, una junta de fricción o un conjunto viscoelástico ajustado— en las abrazaderas o en los brazos articulados. Está diseñado para cumplir con la combinación que es fundamental en las líneas de alta tensión: mantener el espaciado de diseño, permitir un movimiento relativo controlado y disipar la energía de la vibración antes de que llegue al conductor. Es por eso que los amortiguadores espaciadores son estándar en los haces de EHV y UHV, y por qué sus hojas de datos incluyen una especificación de amortiguación además de una mecánica. También son la familia en la que los detalles de instalación son más importantes, ya que un elemento amortiguador precargado por un brazo desalineado ya no se comporta como se probó.

Cómo leer una ficha técnica de un espaciador

La mayoría de los errores en los pedidos no se cometen en la oficina de diseño. Se cometen cuando se emite una orden de compra a partir de una descripción breve —“amortiguador espaciador de cuatro haces, compatible con ACSR”— sin verificar los campos que determinan el ajuste.

La primera es la abrazadera. Una abrazadera espaciadora no es una abrazadera de suspensión y no se puede elegir según el tamaño nominal del conductor: debe ajustarse al diámetro exterior real del subconductor, incluyendo cualquier varilla de armadura o protector de línea que se coloque debajo de ella. Una abrazadera dimensionada para el conductor desnudo no se cerrará sobre una barra, y una dimensionada para la barra vibrará sobre el conductor desnudo en otra parte de la línea. El segundo es la geometría del haz: el espaciado entre subconductores y el círculo resultante del haz son valores de diseño, no preferencias. Una abrazadera fabricada para un espaciado diferente o bien deforma el haz o bien no puede alcanzar los conductores externos. El tercer factor es la carga: la carga de sujeción o deslizamiento, la resistencia a cortocircuitos y la carga de falla mecánica responden cada una a una pregunta diferente, y una hoja de datos que mencione solo una de ellas está incompleta.

Cómo se determinan las posiciones a lo largo del tramo

El esquema de espaciado no es una regla general y nunca debe improvisarse en el sitio. Se deriva de un cálculo que toma en cuenta el diámetro del conductor, el espaciado entre haces, la tensión, la longitud del tramo, la categoría del terreno y las condiciones climáticas eólicas previstas, y determina las longitudes de los subtramos que mantienen bajo control la respuesta vibratoria del haz. Los distintos fabricantes lo calculan con sus propios programas, y las empresas de servicios públicos suelen tener su propia tabla preferida; ambas son válidas, pero no son intercambiables, y una tabla copiada de una línea similar con una tensión diferente no es una tabla válida.

El equipo recibe un plano en el que las posiciones están marcadas como distancias desde un punto de referencia, por lo general una abrazadera de suspensión o de tensión, y la tarea consiste en reproducir esas posiciones con precisión. Hay dos reglas que son más importantes que el resto: los espaciadores de extremo deben colocarse cerca de los herrajes, donde el conductor está menos restringido y la forma del haz es más propensa a deformarse, y los tramos secundarios deben ser más o menos iguales, ya que una distribución desigual deja un tramo secundario largo con una frecuencia natural baja justo donde el viento puede excitarlo.

Hay dos restricciones que prevalecen sobre el plano cuando entran en conflicto con la realidad. Los espaciadores no deben sujetarse sobre una unión, un manguito de reparación o el extremo de un conjunto de varillas de armadura, ya que la abrazadera no puede asentarse sobre una superficie irregular y la unión que se encuentra debajo quedaría oculta para su inspección. Cuando la línea lleva bolas marcadoras u otros accesorios, las posiciones deben ajustarse según corresponda, y ese ajuste debe acordarse con la oficina de diseño en lugar de decidirse sobre la marcha. El daño al conductor detectado durante el marcado es un tema aparte: requiere una evaluación antes de colocar el espaciador.

Instalación: los errores que cometen realmente los equipos de trabajo

Casi todos los problemas con los espaciadores que se detectan durante el servicio se deben a uno de estos cinco errores, y los cinco se pueden evitar con una breve sesión informativa antes de comenzar el trabajo.

Posición incorrecta, aceptada

Las posiciones se miden con una cuerda y se estiman a ojo, sobre todo en tramos largos donde la marca de referencia está muy lejos. El resultado es un plano que parece más o menos correcto, pero que en la práctica se comporta como si fuera un diseño diferente. Usar una plantilla o una rueda de medición, además de registrar las posiciones reales comparándolas con el plano, lleva unos minutos adicionales por tramo.

La abrazadera no está bien colocada

El conductor debe quedar perfectamente encajado en la ranura, con el revestimiento en su lugar y sin que los hilos estén separados. Una abrazadera cerrada sobre un haz separado, o con el revestimiento desplazado, se mantiene firme al principio pero luego se desliza. En el caso de las varillas de armadura, estas deben estar centradas debajo de la abrazadera, sin que queden atrapadas por el extremo.

Par estimado

Los pernos apretados a ojo, o con una llave que nunca se ha calibrado, provocan tanto que las abrazaderas se aflojen como que los conductores se aplasten. El valor correcto es el que figura en la hoja de instalación del fabricante para ese modelo y tamaño de perno, aplicado con una herramienta calibrada y verificado posteriormente. Nunca debe tomarse como referencia un producto similar, ni aumentarse el valor solo porque el perno se sienta flojo.

El espaciador utilizado como herramienta

A los espaciadores se les pisa encima, se usan como punto de apoyo y para tirar del haz hasta colocarlo en su lugar. Un marco diseñado para evitar el aprisionamiento por cortocircuito no está diseñado para soportar el peso de una persona aplicado en un solo brazo, y un brazo doblado altera el comportamiento de amortiguación de toda la unidad. Por esta razón existen las plataformas y las tablas de sujeción del haz.

Alineación ignorada

Cada brazo debe colocarse de manera que el haz mantenga su forma diseñada y las abrazaderas queden perpendiculares al conductor. Un brazo forzado a su lugar precarga el elemento amortiguador o la bisagra, y la unidad se comporta entonces como un espaciador rígido y sobrecargado. En líneas de cuatro haces, esto se manifiesta como un haz girado, con un subconductor elevado y otro bajo, visible desde el suelo con binoculares.

Criterios de inspección y reemplazo

Los espaciadores se revisan durante la misma inspección a pie o con dron que se utiliza para el resto del equipo. La referencia para evaluarlos es la norma de mantenimiento de la empresa de servicios públicos o el manual de mantenimiento del fabricante; las revisiones que se indican a continuación son las que, por lo general, exigen dichos documentos.

Comienza con la geometría. Los subconductores deben estar espaciados uniformemente a lo largo del tramo y el haz no debe estar girado. Un espacio que se cierre a la mitad del tramo, o un haz que parezca retorcido, indica que hay un espaciador deslizado, faltante o doblado. Luego, revisa cada unidad: que los pernos y pasadores estén presentes y asegurados, que los brazos estén rectos, que los revestimientos estén en su lugar y que los elementos amortiguadores no presenten grietas, extrusiones ni productos de corrosión. Observa el conductor a ambos lados de cada abrazadera en busca de marcas de abrasión, hilos aplanados o una banda pulida —la señal distintiva de una abrazadera que se ha movido—.

Las decisiones se dividen en tres grupos. Una unidad a la que le falte un perno o un pasador, que tenga un brazo doblado o un elemento amortiguador visiblemente dañado se reemplaza en la próxima parada programada. Una unidad que se haya deslizado a lo largo del conductor se vuelve a colocar y se vuelve a sujetar, y se investiga la causa, ya que el deslizamiento de una unidad suele indicar que un lote se instaló con un par de apriete insuficiente. Una unidad que esté intacta pero que se encuentre junto a un daño en el conductor se deja en su lugar hasta que se evalúe el estado del conductor, ya que retirarla altera las cargas sobre los espaciadores restantes en el subtramo.

Cómo elegir y comprar espaciadores

Una solicitud que solo indique “amortiguador espaciador de cuatro haces, cantidad requerida” genera cotizaciones que no se pueden comparar, ya que cada proveedor parte de un espaciado, un rango de diámetros y una base de prueba diferentes. Lo mínimo necesario para que las ofertas sean comparables es la misma disciplina descrita en Cómo especificar los accesorios para líneas aéreas en una solicitud de cotización.

Indique los datos del conductor: nombre en clave o designación completa, área nominal, número de hilos y diámetro exterior real, y si las varillas de armadura o los protectores de línea se colocarán debajo de las abrazaderas, indicando el diámetro exterior resultante. Indique los datos del haz: número de subconductores y separación de diseño. Indique las condiciones eléctricas: tensión del sistema, así como la corriente de cortocircuito y la duración para las que está protegida la línea. Indique las condiciones mecánicas: rango de luz, tensión en las condiciones pertinentes, y las cargas de hielo y viento que se deben cubrir. Indique el entorno, ya que las zonas costeras, industriales, desérticas y de interior limpio determinan el galvanizado y el acabado de los herrajes. Por último, especifique el régimen de inspección —informes de pruebas de tipo, certificados de pruebas de rutina, trazabilidad de los materiales, inspección por terceros— y cómo deben marcarse y empacarse los productos.

Hay tres cosas que distinguen una cotización seria de una simple página de catálogo. Si el proveedor cotiza en función del diámetro que le proporcionaste, en lugar de basarse en un rango nominal. Si existen informes de pruebas de tipo para ese diseño y se pueden presentar, en lugar de una declaración general de que el producto ha sido probado. Y si la hoja de instalación indica un valor de par para cada unión atornillada, ya que un proveedor que no pueda indicarlo no ha definido el producto en su totalidad. A la llegada, se aplica la misma disciplina que en inspección de entrada de los componentes de la línea: revisa las dimensiones, el recubrimiento y el estado de la rosca, y toma fotos de cualquier cosa que pueda dar lugar a una reclamación.

Dónde se colocan los espaciadores en el resto del juego de accesorios

Los espaciadores son uno de los componentes de un conjunto que debe funcionar de manera integrada, y son los que con mayor frecuencia se omiten en la lista de materiales, ya que no son estructurales ni aparecen en un diagrama de una sola línea. En una línea agrupada, el conjunto de suspensión o tensión sostiene la fase, el espaciador sujeta el haz y un amortiguador controla la vibración en el propio conductor.

Es útil relacionar los distintos elementos al redactar una especificación. La abrazadera de torre se elige en esta guía para la selección de abrazaderas de suspensión e instalado según el procedimiento de instalación de la abrazadera de suspensión; el hardware del conjunto se encuentra entre esas abrazaderas y se describe en accesorios para cables aéreos agrupados. El estado del conjunto completo se evalúa en la rutina de inspección de los accesorios de la línea aérea, y los patrones que busca se detallan en estas verificaciones de campo sobre las causas de falla de las abrazaderas de suspensión. Para tener una visión más amplia de lo que hace cada componente, el Resumen de los componentes de las líneas eléctricas aéreas es un punto de partida razonable para un comprador nuevo.

Preguntas frecuentes

¿Cuántos espaciadores se necesitan para un tramo?

No existe un recuento universal. El número se deriva de la tabla de espaciado, que se calcula a partir del diámetro del conductor, el espaciado entre haces, la tensión, la longitud del tramo y las condiciones climáticas del lugar de instalación. Si un proveedor te da un número sin esos datos, simplemente está adivinando. Pide la tabla que acompaña al diseño y verifica que el plano que viene con el envío coincida con ella.

¿Se pueden agregar espaciadores a una línea ya instalada sin tener que volver a tenderla?

Sí, en la mayoría de los casos. Las unidades se instalan desde una canasta de haz o una plataforma aislada, con la línea desenergizada o siguiendo el procedimiento de trabajo en línea energizada de la empresa de servicios públicos, y el conductor no se altera más allá del área de la abrazadera. Se aplican dos condiciones: el conductor en la posición de la abrazadera debe estar en buen estado —sin empalmes, sin manguitos de reparación, sin daños en los hilos— y la flecha debe seguir correspondiendo al diseño original, ya que una línea que se haya desplazado no seguirá el trazado original.

¿Un amortiguador con espaciador reemplaza a un amortiguador Stockbridge?

No. Se ocupan de movimientos distintos. Un amortiguador espaciador controla el movimiento relativo de los subconductores y añade amortiguación a los modos propios del haz. Un amortiguador Stockbridge se instala en el conductor para controlar la vibración eólica en una banda de frecuencia específica, y a menudo también se instala en líneas agrupadas, por lo general cerca de las abrazaderas. La instalación de uno no hace que el otro sea innecesario.

¿Cómo puedo saber si una abrazadera ha perdido su sujeción?

Busca una banda pulida o desgastada en el conductor cerca del borde de la abrazadera, un espaciador que se haya desplazado de su posición marcada o un espaciado irregular a lo largo del tramo. La sujeción se confirma mediante una prueba en una muestra, no a simple vista; por eso, la carga de sujeción o deslizamiento debe figurar en la hoja de datos y debe estar respaldada por un informe de prueba, en lugar de ser una suposición.

Si estás especificando el hardware de un haz para una línea nueva o reemplazando unidades en una ya existente, empieza por elaborar una breve ficha técnica por tu cuenta: diámetros de los conductores y las varillas, configuración y espaciado del haz, voltaje, nivel de falla, luz y rango de tensión, entorno y la inspección que requieres. Envíela junto con la solicitud de cotización y así podrá comparar mejor las cotizaciones que reciba. Nuestro gama de abrazaderas de suspensión y los componentes de hardware del paquete que lo acompañan se cotizan en función precisamente de esos datos de entrada, y pueden adaptarse a un esquema de espaciado ya existente, si es que hay uno.