La correcta instalación y mantenimiento de las líneas aéreas de media tensión y la fibra óptica asociada es fundamental para garantizar la seguridad pública y la fiabilidad de las comunicaciones y el suministro eléctrico. La separación adecuada entre los conductores de fase y los cables de fibra óptica, así como entre los propios conductores de media tensión, no es una cuestión arbitraria, sino el resultado de un análisis técnico riguroso que considera múltiples factores. Estas distancias de seguridad son cruciales para prevenir arcos eléctricos, cortocircuitos, accidentes y daños a la infraestructura.
Requisitos de Construcción para Cableado Aéreo de Fibra Óptica
La colocación aérea de cables de fibra óptica, especialmente cuando se integran en infraestructuras de media tensión, está sujeta a normativas específicas para asegurar su integridad y la seguridad general. Durante la construcción, se deben observar las siguientes directrices:
- Método de Colocación: En terrenos llanos, los cables ópticos se cuelgan de los baches. Sin embargo, en terrenos montañosos o con pendientes pronunciadas, se opta por unir los cables ópticos. La unión del cable óptico debe ubicarse en un poste recto que facilite su mantenimiento, y los cables ópticos reservados se fijarán al poste con los soportes correspondientes.
- Curvas de Expansión: Para los cables ópticos tendidos en postes, se requiere una curva de expansión en forma de U cada 3 a 5 postes. Se debe reservar aproximadamente 15 metros de cable por cada 1000 metros tendidos para permitir esta expansión y contracción debida a cambios de temperatura.
- Protección en Paredes: Cuando los cables ópticos aéreos se colocan en la pared, es imprescindible protegerlos con tuberías de acero galvanizado. Los orificios de estas tuberías deben sellarse con lodo ignífugo para prevenir la entrada de humedad y fuego.
- Señalización de Advertencia: Se deben colocar señales de advertencia para los cables ópticos aéreos aproximadamente cada 4 postes. Estas señales son especialmente importantes en cruces de carreteras, ríos, puentes y otras secciones especiales de la construcción de tendido.
- Protección en Intersecciones: En la intersección de la línea de suspensión y la línea eléctrica, se debe añadir una tubería de protección del tipo "tridente". El alargamiento de cada extremo de esta protección no debe ser inferior a 1 metro para asegurar una cobertura adecuada.
- Refuerzo en Postes Cercanos a Carreteras: Los postes eléctricos situados cerca de las carreteras deben estar revestidos con una varilla luminosa de 2 metros para mejorar su visibilidad y prevenir colisiones.
- Conexión a Tierra del Cable de Suspensión: Para evitar que la corriente inducida en el cable de suspensión cause daño a las personas, el alambre de retención de cada poste se conectará eléctricamente con el cable de suspensión. Además, se instalará un cable de tierra en cada posición de cable de suspensión. El cable de suspensión se conectará directamente con el anillo de revestimiento y se conectará a tierra en el terminal.
El cable aéreo suele mantenerse a una altura de 3 metros del suelo. Al entrar en un edificio, es necesario pasarlo a través de una manga protectora de acero en forma de U en la pared exterior, para luego extenderse hacia abajo o hacia arriba. El diámetro de la entrada del cable óptico es generalmente de 5 cm.
Además de los métodos comunes de tendido aéreo, existe el método de tendido de pared, utilizado en entornos especiales. Cuando el cable óptico se coloca en la pared:
- Está prohibido colocar cable óptico de cáñamo blindado o de aceite en la pared, excepto en la parte superior del cable óptico subterráneo.
- Al cruzar patios o pasajes, la distancia mínima entre el punto más bajo del cable y el suelo no debe ser inferior a 4.5 metros.
- Para líneas de suspensión con un espaciado de soporte de 8-10 metros, se utilizan cables de tipo 7/2,2 y 7/2,6. La distancia entre la fijación del terminal y el primer soporte intermedio no debe exceder los 5 metros.
- Al colocar el cable horizontal o verticalmente, la fijación del terminal y el soporte central de la línea de suspensión deben cumplir con las especificaciones de aceptación para las líneas de comunicación de red local.
- El cable óptico no debe colocarse a lo largo de la pared en forma de gancho; si es inevitable, debe protegerse con una funda.
Determinación de las Distancias de Seguridad en Líneas Eléctricas Aéreas
La separación de seguridad entre los conductores de fase y los cables de tierra o fibras ópticas en las líneas eléctricas aéreas de alta tensión depende de una compleja interacción de factores. Estas separaciones a lo largo del vano están condicionadas por la geometría de los apoyos, la orientación y desnivel entre ellos, el tipo de cadenas de aislamiento (horizontales o verticales), los efectos ambientales externos (viento, temperatura, sobrecargas) y las características mecánicas de los propios cables (peso lineal, sección, coeficientes de alargamiento).
El Reglamento de Líneas Eléctricas de Alta Tensión (RD 223/2008), en su Instrucción Técnica Complementaria ITC-LAT 07, establece directrices para estas distancias. Sin embargo, un análisis detallado de las distancias de seguridad entre estos elementos es aconsejable para prevenir incidencias.
Separación entre Conductores de Distinta Naturaleza
Cuando se trata de conductores de distinta naturaleza, el párrafo 6 del artículo 5.4.1 de la ITC-LAT 07 especifica que se aplicará la fórmula general utilizada para conductores de la misma naturaleza, pero considerando los valores más desfavorables de los coeficientes K y F según el conductor.
Para cables recubiertos o dieléctricos autosoportados de telecomunicaciones, deben cumplir con los requisitos del Reglamento de Líneas Eléctricas de Alta Tensión como un elemento más de la línea, según el artículo 2.1.1.
En el caso de cables semiconductores de fibra óptica, el objetivo principal es establecer una separación de seguridad suficiente para evitar el contacto directo entre la fase y la fibra óptica, previniendo daños por contactos repetitivos.
Un escenario común es la adición de un cable de fibra óptica a una línea aérea existente, tendiéndolo por debajo de las fases actuales. A menudo, se justifica asumiendo que la separación más crítica ocurre en el centro del vano, y se verifica que, bajo distintas temperaturas extremas, el parámetro de la curva que presentan las fases (pFASE) no sea menor que el parámetro de la fibra óptica (pF.O.). Esto supone que la seguridad por separación es suficiente.
No obstante, el problema es más complejo, ya que las características intrínsecas de cada cable (peso lineal, diámetro, pantalla de viento, coeficientes de alargamiento elástico y térmico) difieren significativamente. Esto provoca que las longitudes, flechas y desvíos por viento diverjan al pasar de unas condiciones a otras.
La definición de la configuración espacial del vano, incluyendo la posición de la curva de los conductores, se determina mediante la ecuación de cambio de condiciones, que calcula la posición de cada punto según los valores de velocidad del viento y temperatura. Las siluetas de ambas curvas (fase y fibra óptica) pueden presentar diferencias considerables a medida que varían las condiciones externas, y las discrepancias entre los parámetros de cada cable pueden acentuar estas diferencias.
La ecuación de cambio de condiciones revela que las discrepancias en los parámetros "p" (flecha), "S" (tensión), "E" (módulo de Young) y "δ" (coeficiente de dilatación térmica) para cada cable pueden influir decisivamente en la separación.
CÁLCULO DE LA DISTANCIA DE LA CAÍDA PARA TRABAJOS EN ALTURA
Cuando el viento actúa perpendicularmente al eje de la línea, ambos cables se desplazan, dibujando ángulos distintos debido a sus diferentes pesos lineales y pantallas de viento. A medida que el empuje del viento aumenta, no solo se producen desvíos respecto a la vertical, sino que también se modifican las longitudes debido a los distintos coeficientes elásticos. Si además se considera la variación de temperaturas con coeficientes térmicos diferentes, surgen innumerables situaciones de aproximación entre los puntos de ambos cables.
Afortunadamente, la mayoría de los departamentos de ingeniería emplean herramientas informáticas para realizar cálculos repetitivos mediante programas adecuados. Un método relativamente simple para determinar la separación consiste en calcular estas separaciones en condiciones de temperatura extremas (máxima y mínima previstas) y para distintos valores de empuje de viento (desde cero hasta el máximo previsto), utilizando un cálculo por doble iteración.
El proceso de cálculo implica definir la entrada de datos con las características mecánicas de los conductores de fase y fibra óptica, las condiciones ambientales y la posición espacial del vano. También se establecen las condiciones iniciales (reposo, sin sobrecargas) de ambos conductores (temperatura y flecha o tensión).
Durante el cálculo de la separación de seguridad (Do) en cada condición de temperatura, se almacena el valor mínimo de Do a la velocidad de viento correspondiente, el cual se muestra posteriormente en la tabla de resultados.
Un ejemplo práctico podría involucrar una línea con conductor del tipo 147-AL1/34-ST1A (antiguo LA-180) en las fases, y un cable de fibra óptica tipo ADSS-48AB por la parte inferior. Fijando incrementos de viento de 1 km/h y aumentos de vano de 10 cm, el tiempo de cálculo en un ordenador medio es de pocos segundos. Los resultados más críticos se obtienen entre la fase y la fibra óptica con viento en una dirección específica. En la hipótesis de +50 ºC con viento de 117 km/h, se podría alcanzar un contacto a una distancia de 17,10 m del primer apoyo.
Dado que estos cálculos son teóricos y parten de hipótesis ideales (como un efecto de viento uniforme a lo largo del vano), en la práctica se debe considerar un margen de error. Por ejemplo, distancias calculadas de 4,7 cm y 3,3 cm en hipótesis de -10 ºC y +15 ºC respectivamente, podrían ser consideradas como situaciones de contacto potencial en la práctica. No obstante, los valores calculados ofrecen una aproximación bastante precisa de la situación.
Distancias de Seguridad en Líneas de Media Tensión
En el contexto de las líneas de media tensión, las distancias de seguridad se refieren a la separación entre los conductores de media tensión en función de su voltaje (13.2 kV, 23 kV o 33 kV), así como la distancia entre postes y la altura mínima de los cables en cruces de carretera.
Es vital respetar estas distancias para prevenir la formación de arcos eléctricos, cortocircuitos y posibles accidentes. La Norma de CFE (Comisión Federal de Electricidad) para Instalaciones Aéreas proporciona información detallada sobre las distancias de seguridad en líneas de media tensión, incluyendo las relativas a retenidas, hilos de guarda y cualquier conductor eléctrico.
Distancia de Líneas de Media Tensión a Edificaciones
La normativa establece tablas que especifican las distancias mínimas de seguridad entre los diversos tipos de conductores y elementos de edificaciones como casas, balcones, anuncios, chimeneas y tanques de agua.
- Ejemplo 1: La distancia mínima horizontal entre una línea de media tensión (entre 13.2 KV y 33 KV) y una pared no accesible para personas debe ser de 2.5 metros.
- Ejemplo 2: Un balcón debe estar separado de la línea de media tensión al menos 2.5 metros horizontalmente y 4.3 metros verticalmente.
Separaciones Mínimas entre Conductores de Media Tensión
La distancia de seguridad entre las fases de un conductor aéreo de media tensión varía según el voltaje de la línea. A mayor voltaje, mayor debe ser la separación entre conductores.
Según la normativa, las distancias de seguridad horizontales entre conductores de media tensión son:
- 13.2 KV: 35 centímetros
- 23 KV: 45 centímetros
- 33 KV: 56 centímetros
La distancia de seguridad vertical en líneas de media tensión es de 140 centímetros para cualquier voltaje.
- Ejemplo: Una línea de media tensión a 33,000 V requiere que sus conductores estén separados, como mínimo, 56 centímetros horizontalmente. Si existe un segundo nivel en una estructura, la distancia vertical debe ser de 1.4 metros.
Distancia de Seguridad en Conductores de Baja Tensión
Los conductores de baja tensión, definidos como aquellos con un voltaje de operación entre 0 y 750 V, también tienen distancias de seguridad especificadas. Generalmente, estas distancias son menores que las requeridas para la media tensión.
La distancia mínima de seguridad para conductores aéreos en baja tensión es significativamente menor que para la media tensión. Sin embargo, existe una excepción cuando los conductores cuentan con separadores intermedios que garantizan que no se tocarán entre sí.
Consideraciones sobre Cables de Fibra Óptica en Instalaciones Aéreas
Al desplegar una red de transporte con fibra óptica, la elección del cable adecuado para instalaciones externas es crucial. Este cable debe ser capaz de resistir diversas condiciones climáticas y meteorológicas para asegurar un rendimiento óptimo. En instalaciones aéreas, el cable debe soportar grandes tensiones y condiciones climáticas severas.
Es esencial que el cable cuente con elementos de refuerzo dieléctricos, como hilos de aramida, para evitar riesgos de aterrizamiento por materiales metálicos. El diseño del cable ADSS (All-Dielectric Self-Supporting) es fundamental para determinar su idoneidad para instalaciones aéreas. Para vanos cortos, el cable suele tener una sola chaqueta externa, mientras que para vanos largos se requiere protección adicional con una chaqueta interna. La cantidad de miembros de aramida y el diámetro del miembro central son cruciales para soportar tensiones máximas.
Para instalaciones soterradas a través de ductos, la preocupación por el vano aéreo desaparece, pero se debe considerar la protección contra roedores. Los cables con armadura dieléctrica son ideales para este propósito. En instalaciones soterradas mediante enterrado directo, se recomienda utilizar cables armados con armadura metálica y doble protección en su cubierta.
Referencias Bibliográficas
- Avril C (1974). Construction des lignes aériennes a haute tension.
- Checa LM (1988). Líneas de transporte de energía. Mar-combo, Barcelona. ISBN 84-267-0684-3.
- BOE (2008). Reglamento de Condiciones Técnicas y Garantías de Seguridad en Líneas Eléctricas de Alta Tensión.