El galope del conductor es la oscilación de alta amplitud y baja frecuencia de las líneas eléctricas aéreas debido al viento. [1] El movimiento de los cables ocurre más comúnmente en el plano vertical, aunque también es posible el movimiento horizontal o rotatorio. El modo de frecuencia natural tiende a ser alrededor de 1 Hz, lo que lleva a que el movimiento periódico a menudo grácil también se conozca como baile del conductor . [2] [3] Las oscilaciones pueden exhibir amplitudes superiores a un metro, y el desplazamiento a veces es suficiente para que los conductores de fase infrinjan las distancias de operación (acercándose demasiado a otros objetos) y provoquen descargas disruptivas . [4] El movimiento enérgico también aumenta significativamente la tensión de carga en los aisladores y las torres de electricidad , lo que aumenta el riesgo de falla mecánica de cualquiera de ellos.
Los mecanismos que inician el galope no siempre están claros, aunque se cree que suele deberse a una aerodinámica asimétrica del conductor debido a la acumulación de hielo en un lado del cable. La medialuna de hielo incrustado se aproxima a un perfil aerodinámico , alterando el perfil normalmente redondo del cable y aumentando la tendencia a oscilar. [3]
El galope puede ser un problema importante para los operadores de sistemas de transmisión , en particular cuando las líneas cruzan terrenos abiertos y azotados por el viento y corren el riesgo de cargarse de hielo. Si es probable que el galope sea un problema, los diseñadores pueden emplear conductores de cara lisa, cuyas características aerodinámicas y de formación de hielo mejoradas reducen el movimiento. [4] Además, se pueden montar dispositivos antigalope en la línea para convertir el movimiento lateral en uno de torsión menos dañino. Aumentar la tensión en la línea y adoptar accesorios de aisladores más rígidos tienen el efecto de reducir el movimiento de galope. Estas medidas pueden ser costosas, a menudo son poco prácticas después de que se ha construido la línea y pueden aumentar la tendencia de la línea a exhibir oscilaciones de alta frecuencia. [5]
Si se sospecha que hay una carga de hielo, es posible aumentar la transferencia de potencia en la línea y, por lo tanto, elevar su temperatura mediante el calentamiento Joule , derritiendo el hielo. [3] La pérdida repentina de hielo de una línea puede dar lugar a un fenómeno llamado "salto", en el que la catenaria rebota drásticamente hacia arriba en respuesta al cambio de peso. [1] [2] Si el riesgo de disparo es alto, el operador puede optar por desconectar la línea de manera preventiva y controlada en lugar de enfrentarse a una falla inesperada. El riesgo de falla mecánica de la línea sigue existiendo. [6]
Los primeros estudios de cables largos incrustados en un fluido en movimiento datan de finales del siglo XIX, cuando Vincenc Strouhal explicó los cables "cantantes" en términos de desprendimiento de vórtices . [7] [8] Ahora se sabe que el galope surge de un fenómeno físico diferente: la sustentación aerodinámica . El hielo acumulado en el cable destruye la simetría circular del cable, y el movimiento "cantante" natural hacia arriba y hacia abajo de un cable cambia el ángulo de ataque del cable helado en el viento. Para ciertas formas, la variación en la sustentación a través de los diferentes ángulos es tan grande que excita oscilaciones a gran escala. [9]
Matemáticamente, un cable extendido sin carga en el aire muerto se puede aproximar como una masa m suspendida a una altura y por un resorte con constante k . Si el viento se mueve con velocidad U , entonces forma un ángulo α con el cable, donde
A grandes velocidades del viento, la sustentación y la resistencia inducidas en el cable son proporcionales al cuadrado de la velocidad del viento, pero las constantes de proporcionalidad C L y C D (para un cable no circular) dependen de α :
donde ρ es la densidad del fluido y l la longitud del cable. [10]
En principio, la oscilación excitada puede adoptar tres formas: rotación del cable, balanceo horizontal o caída vertical. La mayoría de las oscilaciones de galope combinan la rotación con al menos una de las otras dos formas. Para simplificar algebraicamente, este artículo analizará un conductor que solo experimenta caída (y no rotación); un tratamiento similar puede abordar otras dinámicas. A partir de consideraciones geométricas, el componente vertical de la fuerza debe ser
manteniendo solo términos de primer orden en el régimen ẏ ≪ U . [10] El galope ocurre siempre que el coeficiente impulsor 1/2 ρlU · ( C D + ∂ CL/∂α )| α = 0 excede la amortiguación natural del cable; en particular, unacondición necesaria pero no suficiente es que Esto se conoce como la condición de galope de Den Hartog , en honor al ingeniero que la descubrió por primera vez. [9] [10]
A bajas velocidades del viento U , el análisis anterior comienza a fallar, porque la oscilación del galope se acopla al desprendimiento de vórtices . [10]
Un fenómeno eólico similar es el aleteo , causado por vórtices en el lado de sotavento del cable, y que se distingue del galope por su movimiento de alta frecuencia (10 Hz) y baja amplitud. [2] [3] Para controlar el aleteo, las líneas de transmisión pueden estar equipadas con amortiguadores de masa sintonizados (conocidos como amortiguadores Stockbridge ) fijados a los cables cerca de las torres. [5] El uso de espaciadores de conductores de haz también puede ser beneficioso.
