cj_línea de transmisión

Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM

SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc

NDICE

Pg.

1.0 INTRODUCCIN 1.1

2.0 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS Y AMBIENTALES 2.1

2.1 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS 2.1

2.2 CARACTERSTICAS AMBIENTALES 2.1

2.3 PRESION DEL VIENTO 2.1

3.0 CLCULO DE LA CAPACIDAD TRMICA DEL CONDUCTOR 3.1

4.0 CLCULO MECNICO DEL CONDUCTOR Y DEL CABLE OPGW 4.1

4.1 CARACTERISTICAS DE LOS CONDUCTORES Y CABLE DE

COMUNICACIN OPGW

4.2 CLCULO DEL CREEP 4.2

4.3 SELECCIN DE LA TENSIN EDS DEL CONDUCTOR AAAC 4.2

4.4 HIPTESIS DE CARGA 4.2

4.5 COORDINACIN ENTRE CONDUCTOR DE FASE Y CABLE OPGW4.5

4.5.1 Coordinacin entre conductor de fase y cables OPGW 4.5

4.5.2 Hiptesis de carga para el cable OPGW 4.5

4.6 CAMBIO DE ESTADO DEL CONDUCTOR Y CABLE TIPO OPGW 4.6

4.6.1 Cambio de Estado del Conductor y Cable tipo OPGW 4.6

4.6.2 Resolucin de la Ecuacin de Cambio de Estado 4.6

5.0 CLCULO DE AISLAMIENTO 5.1

5.1 DISEO DEL AISLAMIENTO 5.1

5.1.1 Premisas de Diseo 5.1

5.1.2 Diseo mecnico de las cadenas de aisladores 5.1

5.1.3 Diseo elctrico 5.4

5.1.4 Seleccin de aisladores 5.7

6.0 DISTANCIA DE SEGURIDAD 6.1

6.1 DISTANCIA MNIMA A MASA 6.1

6.2 DISTANCIA MNIMA ENTRE FASES 6.1

6.2.1 Distancias Horizontal entre Conductores 6.1

6.2.2 Distancias Vertical entre Conductores instalados en el mismo

soporte 6.3

6.3 DISTANCIAS DE SEGURIDAD 6.3

6.3.1 Distancias mnimas de seguridad

7.0 DISEO MECANICO DE ESTRUCTURAS 7.1

7.1 DEFINICIONES BASICAS DE DISEO 7.1

7.2 DETERMINACIN DE CARGAS EN ESTRUCTURAS CON POSTES DE

CONCRETO, METAL Y TORRES DE CELOSIA 7.1

7.3 HIPTESIS DE CARGA: ESTRUCTURA DE SUSPENSIN O

ALINEAMIENTO Y NGULO 7.1

7.3.1 Hiptesis de Carga: Estructura de anclaje 7.4

Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 2.2


Pg.

7.3.2 Hiptesis de Carga: Estructura de Terminal 7.7

7.4 FACTORES DE SEGURIDAD 7.8

7.5 CRITERIOS PARA LOCACIN DE ESTRUCTURAS 7.9

7.5.1 Clculo del vano Mximo permisible 7.9

8.0 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 8.1

8.1 CRITERIOS Y CLCULOS PRELIMINARES 8.1

8.1.1 Condiciones ambientales 8.1

8.1.2 Criterios de diseo 8.1

8.1.3 Procedimiento de diseo 8.3

9.0 CONFIGURACIONES DE TIPO DE PUESTA A TIERRA 9.1

9.1 CONSIDERACIONES 9.1

9.2 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA POSTES METLICOS 9.1

9.2.1 Electrodo en disposicin vertical (PAT 1) 9.1

9.2.2 Contrapeso Horizontal (PAT C) 9.1

9.2.3 Contrapeso Horizontal en Oposicin (PAT D) 9.2

9.2.4 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT 1D) 9.2

9.2.5 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT 2D) 9.2

9.3 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA TORRES DE CELOSA 9.3

9.3.1 Contrapeso horizontal en Oposicin (PAT E) 9.3

9.3.2 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 1 electrodos (PAT-1E) 9.3

9.3.3 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-2E) 9.4

9.4 DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 9.5

9.4.1 Resistencia de la Configuracin Tipo (PAT-1) 9.5

9.4.2 Resistencia con Contrapeso Horizontal (PAT-C y PAT-E) 9.6

9.4.3 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin (PAT-D y

PAT-E) 9.6

9.4.4 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin con dos

electrodos (PAT-2D) 9.6

9.4.5 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin con dos

electrodos (PAT-2E) 9.7

9.5 RESULTADOS DE LOS CLCULOS DE RESISTENCIA DE

PUESTA A TIERRA DE LAS CONFIGURACIONES 9.7

9.6 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 9.9

10.0 CLCULO DE LA CAPACIDAD DE TRANSMISIN

DEL CABLE SUBTERRNEO 10.1

10.1 CARACTERSTICAS TCNICAS DEL CABLE 10.1

10.2 CAPACIDAD DE CORRIENTE DEL CABLE DE ENERGA 10.2

11.0 OBRAS CIVILES

11.1 FUNDACIONES PARA LA LNEA AREA 11.1

11.1.1Consideraciones para el clculo 11.1

11.1.2Consideraciones para el clculo 11.1

11.1.3 Materiales 11.2

11.1.3 Resultados 11.2

11.2 CALCULO ESTRUCTURAL PARA EL TRAMO SUBTERRNEO 11.2

11.2.1Cargas consideradas 11.3

11.2.2Clculo del Momento Flector 11.4



11.2.3 Resultado del clculo 11.5

ANEXOS:

ANEXO N 1 : CALCULO DE LA CAPACIDAD TRMICA DEL CONDUCTOR

PARA 50 C, 60 C, 70 C y 75 C

ANEXO N 2 : CALCULO MECANICO DE CONDUCTOR Y CABLE OPGW

ANEXO N 3 : CALCULO DEL VANO LATERAL

ANEXO N 4 : CLCULO DEL DIAGRAMA DE CARGAS DE ESTRUCTURAS

ANEXO N 5 : MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO

ANEXO N 6 : FUNDACIONES DE LA LNEA AREA

ANEXO N 7 : OBRAS CIVILES DEL TRAMO SUBTERRNEO



1.0 INTRODUCCION

En el presente documento se presentan los clculos justificativos del diseo electromecnico

de la Lnea de Transmisin 138 kV Socabaya - Parque Industrial, que incluye bsicamente

lo siguiente: clculo de la capacidad trmica del conductor, clculo mecnico del conductor,

clculo de aislamiento, clculo de diagrama de cargas en las estructuras, distancias de

seguridad y sistema de puesta a tierra.

Los clculos electromecnicos se efectuarn tomando como base a los criterios de ingeniera

comnmente usados para el diseo de lneas de transmisin de alta tensin en nuestro

medio.



2.0 CARACTERISTICAS CLIMATOLGICAS Y AMBIENTALES

La lnea 138kV Socabaya-Parque Industrial se encuentra ubicado en los distritos de Jos

Luis Bustamante y Rivero, Socabaya, Jacobo Hunter y Sabanda en la provincia de

Arequipa, departamento de Arequipa.

A continuacin se presentan las caractersticas climatolgicas y ambientales de la zona del

proyecto, que rige el diseo de la lnea de transmisin area en estudio.

2.1 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS

Las caractersticas climatolgicas de la zona del proyecto, se refieren bsicamente a los

principales parmetros, tales como: temperaturas, humedad relativa, presin de viento,

altitud, etc. que caracterizan la zona del proyecto.

Los principales parmetros climatolgicos de la zona del estudio son:

Altitud de la lnea : 2 300 m.s.n.m.

Temperatura ambiente mnima : 8C

Temperatura ambiente media anual : 15C

Temperatura ambiente mxima : 22C

Humedad relativa mnima : 27%

Humedad relativa media anual : 46%

Humedad relativa mxima : 70 %

Sismicidad : Alta

2.2 CARACTERSTICAS AMBIENTALES

Las caractersticas climatolgicas de la zona del proyecto, se refieren bsicamente a los

principales parmetros, tales como: temperaturas, humedad relativa, presin de viento,

altitud, etc. que caracterizan la zona del proyecto.

2.3 PRESIN DE VIENTO

La presin de viento que se aplicarn sobre las reas proyectadas de los conductores,

estructuras de soporte y aisladores, se calcular mediante la frmula del Cdigo Nacional de

Electricidad Suministro 2011, regla 250.C., que a continuacin se presenta:

PV = K x V x Sf x A (a)



Donde:

PV = Carga en Newton

K = 0,613 Constante de Presin, para elevaciones hasta 3 000 m.s.n.m.

V = Velocidad del viento en m/s

Sf = Factor de forma

1,00 para conductores, aisladores y postes de concreto o metlico.

3,2 para torres de celosa

A = rea proyectada en m2

La velocidad del viento se aplicar segn el Cdigo Nacional de Electricidad Suministro

para la zona C de carga y rea 0 para altitudes menores a 3 000 m.s.n.m., utilizando la

Tabla 250-1.B y la formula de la regla 250.C, en donde se establece la velocidad horizontal

de viento igual a 26,0 m/s (94 km/h) relacionado con una temperatura del medio ambiente

de 10C.

Remplazando en la frmula (a):

Para conductor, cable de fibra ptica OPGW, postes de acero galvanizado y aisladores

Pv = 0,613 x (26,11) x 1,00 x 1,00 = 417,94 N/m = 42,60 kg/m

Para estructuras de celosa (torres):

Pv = 0,613 x (26,11) x 3,20 x 1,00x1,00 = 1 337,40 N/m = 136,33 kg/m

Las presiones de viento que se aplicaran a los diversos elementos son los que se resumen en

el Cuadro N 3.1.

Cuadro N 3.1

PRESION DE VIENTO

ELEMENTOS DE LA LNEA DE TRANSMISIN

PRESION DE VIENTO

(kg/m)

Estructuras de acero en celosa (torres) 136,33

Postes de acero galvanizado 42,60

Conductor y cable OPGW 42,60

Cadena de aisladores y aisladores polimricos 42,60



3.0 CLCULO DE LA CAPACIDAD TRMICA DEL CONDUCTOR

3.1 CLCULO DE AMPACITANCIA

Del clculo de la capacidad trmica para un conductor trenzado desnudo, en donde son

conocidas la temperatura del conductor (Tc) y los parmetros ambientales del estado estable

(Ta = temperatura ambiente, Vv = velocidad del viento, etc.), se efecta mediante la

siguiente ecuacin de balance trmico.

csrc TRIqqq2

; (1a)

Esta ecuacin de balance trmico est conformada por las prdidas de calor debido a la

conveccin y radiacin (qc y qr), ganancia debido al calor solar (qs) y resistencia del

conductor R(Tc); en donde la corriente (I) que produce la temperatura del conductor bajo

las condiciones ambientales establecidas; se calculan mediante la ecuacin de balance de

calor en estado estable.

c

src

TR

qqqI (1b)

Donde:

..

60

acenconductordelinealpieporaresistenciTR

HzaamperiosenconductordelcorrienteI

solarnirradiaciporganadocalorq

radiacinporperdidocalorq

conveccinporperdidocalorq

c

s

r

c

Este clculo se puede realizar para cualquier temperatura de conductor y condiciones

ambientales; es este caso se utilizan valores de velocidad de viento igual a 2 pies/segundo y

una temperatura ambiente mxima igual a 22 C, para calcular la capacidad trmica en

estado estable del conductor del estudio.

Como las tasas de prdida de calor por radiacin y conveccin no son linealmente

dependientes de la temperatura del conductor, la ecuacin de balance de calor se resuelve

para la temperatura del conductor en trminos de corriente y variables ambientales mediante

un proceso iterativo. Esto para una corriente de conductor:



Se asume la temperatura de conductor;

Se calculan las correspondientes prdidas de calor;

Se calcula la corriente de conductor que resulta de la temperatura inicial de

conductor asumida;

La corriente calculada es comparada con la corriente de conductor dado;

La temperatura del conductor es luego aumentada o disminuida hasta que la corriente

calculada iguale a la corriente dada.

El clculo de la capacidad trmica del conductor y la temperatura del conductor para una

capacidad dada, se efecta mediante el programa de cmputo de la norma IEEE Std.738-

2006 Clculo de las Relaciones Corriente Temperatura de Conductores Areos

Desnudos .

A continuacin se muestra el clculo de la mxima potencia de transmisin, a la temperatura

mxima de operacin que soporta el conductor es decir a 75C.

IEEE Std. 738-2006 method of calculation

Air temperature is 22.00 (deg C)

Wind speed is 0.61 (m/s)

Angle between wind and conductor is 90 (deg)

Conductor elevation above sea level is 2300 (m)

Conductor bearing is 90 (deg) (user specified bearing, may not be value

producing maximum solar heating)

Sun time is 13 hours (solar altitude is 74 deg. and solar azimuth is -61

deg.)

Conductor latitude is 16.3 (deg)

Atmosphere is CLEAR

Day of year is 164 (corresponds to junio 12 in year 2012) (user specified

day, may not be day producing maximum solar heating)

Conductor description: AAAC - CAIRO - 240

Conductor diameter is 1.988 (cm)

Conductor resistance is 0.1423 (Ohm/km) at 25.0 (deg C)

and 0.1702 (Ohm/km) at 75.0 (deg C)

Emissivity is 0.7 and solar absorptivity is 0.7

Solar heat input is 16.729 (Watt/m)

Radiation cooling is 17.595 (Watt/m)

Convective cooling is 52.781 (Watt/m)

Given a maximum conductor temperature of 75.0 (deg C),

The steady-state thermal rating is 561.4 amperes



La corriente obtenida de 561,4 A es equivalente a 134,18 MVA de potencia para una

temperatura de operacin mxima de 75 C.

En condiciones normales la potencia que transmitir esta lnea es de 80 MVA y para este

valor la temperatura de operacin es de 48 C, y en condiciones de contingencia se podr

transmitir hasta 134 MVA.

En el Anexo N 1 se presentan los clculos de ampacitancia del conductor para varias

temperaturas.



4.0 CLCULO MECANICO DEL CONDUCTOR Y DEL CABLE OPGW

4.1 CARACTERSTICAS DE LOS CONDUCTORES Y CABLE DE

COMUNICACIN OPGW

Las caractersticas del conductor y cable OPGW que se usaran en los tramos de la lnea de

transmisin 138 kV Socabaya-Parque Industrial, son las siguientes:

a) Caractersticas del Conductor de Suministro

Las caractersticas tcnicas de los conductores de suministros son los siguientes:

Las caractersticas del conductor de fase seleccionado es el siguiente:

- Nivel de Tensin : 138 kV

- Tipo : AAAC

- Cdigo : CAIRO

- Calibre : 465.4 MCM

- Seccin : 235,8 mm

- Dimetro : 19,88 mm

- N de hilos x dimetro : 19x3,975 mm

- Peso unitario : 0,650 kg/m

- Carga de rotura mnima : 7 076 kg

- Mdulo de elasticidad final : 6 300 kg/mm

- Resistencia elctrica 20C en CC : 0,142 ohm/km

- Resistencia elctrica 25C en AC : 0,1423 ohm/km

- Resistencia elctrica 75C en AC : 0,1702 ohm/km

- Coeficiente de expansin lineal : 23 E-06 C-1

b) Caractersticas del Cable OPGW

La lnea de transmisin de 138 kV, llevar un cable tipo OPGW con refuerzo no metlico

para las fibras, el cual tendr las siguientes caractersticas mecnicas:

- Tipo : OPGW

- Seccin : 70 mm

- Dimetro : 13,6 mm



- Peso unitario : 0,550 kg/m

- Carga de rotura mnima : 7 880 kg

- Mdulo de elasticidad final : 12 500 kg/mm

- Coeficiente de expansin lineal : 14,4 E-06 C-1

4.2 CLCULO DEL CREEP

Se calcula el efecto del creep (elongacin inelstica) para el conductor AAAC-240 mm

seleccionado para la lnea area de 138 kV.

El clculo del creep se efecta para la condicin sin pretensado con 8C adicionales al EDS,

utilizando el mtodo CIGRE (Revista Electra N 75), para lo cual se asume los siguientes

tiempos para cada estado del conductor:

- Tiempo total 20 aos ( 175 200 horas)

- Tiempo de tendido 2 160 horas

- Tiempo de tiro mximo 219 horas

- Tiempo de mxima temperatura 4 562 horas

Este clculo se realiza mediante una hoja de clculo que se adjunta a continuacin:

CALCULO DE CREEP

DATOS DE INGRESO

DESCRIPCION SIMBOLO UNIDAD VALOR

NIVEL DE TENSION kV 138

CONDUCTOR AAAC

CALIBRE 240

SECCION DEL CONDUCTOR s mm2 235.8

DIAMETRO DEL CONDUCTOR mm 19.88

PESO DEL CONDUCTOR Wc kg/m 0.65

CARGA DE ROTURA MINIMA To kg 7076

MODULO DE ELASTICIDAD E kg/mm2 6300

COEF. DE DILATACION LINEAL C-1 2.30E-05

EDS kg/mm2 4.80

= Constante 0.15

= Temperatura media del conductor (C) 20

= 1.4

= esfuerzo en el conductor en la condicin E.D.S (kg/mm) 4.80

= 1.3

= 0.16

t = tiempo en horas

Temperatura Equivalente

Tiempo Tiempo (t) Creep Temperatura (C)

Aos horas (mm/km) Equivalente

3 dias 72 151.52 6.59

1 8760 175.15 7.62

2 17520 213.46 9.28

3 26280 237.92 10.34

4 35040 256.27 11.14

5 43800 271.09 11.79

6 52560 283.60 12.33

7 61320 294.46 12.80

8 70080 304.10 13.22

9 78840 312.76 13.60

10 87600 320.66 13.94

11 96360 327.91 14.26

12 105120 334.63 14.55

13 113880 340.90 14.82

14 122640 346.77 15.08

15 131400 352.30 15.32

16 140160 357.53 15.54

17 148920 362.50 15.76

18 157680 367.22 15.97

19 166440 371.72 16.16

20 175200 376.04 16.35

21 183960 380.17 16.53

22 192720 384.14 16.70

23 201480 387.97 16.87

24 210240 391.65 17.03

25 219000 395.21 17.18

26 227760 398.65 17.33

27 236520 401.99 17.48

28 245280 405.22 17.62

29 254040 408.35 17.75

30 262800 411.40 17.89

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Series1



CALCULO DE CREEP

DATOS DE INGRESO

DESCRIPCION SIMBOLO UNIDAD VALOR

NIVEL DE TENSION kV 138

CONDUCTOR AAAC

CALIBRE 240

SECCION DEL CONDUCTOR s mm2 235.8

DIAMETRO DEL CONDUCTOR mm 19.88

PESO DEL CONDUCTOR Wc kg/m 0.65

CARGA DE ROTURA MINIMA To kg 7076

MODULO DE ELASTICIDAD E kg/mm2 6300

COEF. DE DILATACION LINEAL C-1 2.30E-05

EDS kg/mm2 4.80

= Constante 0.15

= Temperatura media del conductor (C) 20

= 1.4

= esfuerzo en el conductor en la condicin E.D.S (kg/mm) 4.80

= 1.3

= 0.16

t = tiempo en horas

Temperatura Equivalente

Tiempo Tiempo (t) Creep Temperatura (C)

Aos horas (mm/km) Equivalente

3 dias 72 151.52 6.59

1 8760 175.15 7.62

2 17520 213.46 9.28

3 26280 237.92 10.34

4 35040 256.27 11.14

5 43800 271.09 11.79

6 52560 283.60 12.33

7 61320 294.46 12.80

8 70080 304.10 13.22

9 78840 312.76 13.60

10 87600 320.66 13.94

11 96360 327.91 14.26

12 105120 334.63 14.55

13 113880 340.90 14.82

14 122640 346.77 15.08

15 131400 352.30 15.32

16 140160 357.53 15.54

17 148920 362.50 15.76

18 157680 367.22 15.97

19 166440 371.72 16.16

20 175200 376.04 16.35

21 183960 380.17 16.53

22 192720 384.14 16.70

23 201480 387.97 16.87

24 210240 391.65 17.03

25 219000 395.21 17.18

26 227760 398.65 17.33

27 236520 401.99 17.48

28 245280 405.22 17.62

29 254040 408.35 17.75

30 262800 411.40 17.89

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Series1

La temperatura equivalente en el conductor AAAC debido al efecto CREEP para 20 aos de

instalado es: 16,35 C.

Para la localizacin de las estructuras se usar una temperatura equivalente igual a 75 C +

16,35 C = 91,35 C

4.3 SELECCIN DE LA TENSIN EDS DEL CONDUCTOR AAAC

La seleccin de la tensin media EDS del conductor tipo AAAC, se efecta considerando

las limitaciones establecidas en la regla 261.H.1 del CNE Suministro 2011.

A partir de la condicin que la superficie del terreno es relativamente planas y que los vanos

dentro de la zona urbana sern en promedio de 180m, se ha establecido la tensin EDS en

condicin inicial igual a 16 % de la resistencia a la rotura nominal del conductor, resultando

que para la condicin final la tensin EDS quede en el orden del 12 al 14% de la resistencia

a la rotura nominal del conductor.

Las condiciones ambientales que regir el estado EDS es una temperatura media anual de

15C y sin carga de viento.

La componente horizontal de la tensin de traccin del conductor, en condicin EDS inicial

ser la siguiente:

2

2/80,4

100

16

8.235

7076%16 mmkg

mm

kgInicialEDS

Los esfuerzo en condicin inicial es utilizado para el dimensionamiento de las estructuras en

condicin de viento mximo transversal.

4.4 HIPTESIS DE CARGA

Las hiptesis de carga que regirn el cambio de estado del conductor tipo AAAC de

240 mm, corresponde a la Zona C y el rea 0 de carga y son los siguientes:

Hiptesis 1 Condicin EDS Inicial

Presin de viento medio, 0 kg/m



Temperatura media, 15 C (Condiciones del sitio)

Esfuerzo unitario, 16% de resistencia de rotura nominal, condicin Inicial

Hiptesis 2 Condicin de carga de viento slo

Presin de viento mximo, 42,60 kg/m.

Temperatura, 10 C ( Segn recomendacin del CNE Suministro 2011)

Segn la regla 261.H.1.a se verifica que el esfuerzo mximo del conductor, no debe superar

el 60% de la resistencia a la rotura nominal, aplicando el factor de sobrecarga

correspondiente.

Hiptesis 3 Condicin de carga de viento y hielo combinado

Presin de viento reducido, 10,65 kg/m

Temperatura, 5 C ( Segn recomendacin del CNE Suministro 2011)

Espesor de manguito de hielo, 0 mm

Densidad del hielo, 913 kg/m3

Hiptesis 4 Condiciones de mxima temperatura

Presin de viento, 0 kg/m

Temperatura, 91,35 C, para condicin final, en donde se incluye la temperatura

ambiente mxima + la temperatura del conductor por paso de la corriente (75 C) + la

temperatura por efecto CREEP (16,35 C).

Esta hiptesis se utiliza en la ubicacin de estructuras y verifica la distancia de seguridad del

conductor respecto al suelo.

Hiptesis 5 Condiciones de oscilacin de la cadena

Presin de viento, 190 Pa

Temperatura, 25 C

Esta hiptesis se utiliza para determinar el ngulo de oscilacin de las cadenas de aisladores

en la estructura en zonas urbanas. Para zonas rurales se debe utilizar la presin de viento

equivalente a 290 Pa.

4.5 COORDINACION ENTRE CONDUCTOR DE FASE Y CABLE OPGW

4.5.1 Coordinacin entre conductor de fase y cables OPGW

Con la finalidad de determinar en forma adecuada la separacin entre los conductores de las

fases superiores y los cables de guarda a lo largo de los vanos de la lnea, se efecta la

coordinacin de tensiones mecnicas, que implica necesariamente una coordinacin de

flechas entre conductor de fase y cables de guarda.



La prctica comn en proyectos de este nivel establece la siguiente relacin: la flecha del

cable OPGW ser igual al 90 % de la flecha del conductor, calculado en condiciones EDS

inicial.

De la coordinacin con el conductor AAAC 240 mm de la lnea de transmisin de 138 kV,

resultan los siguientes tensados:

Tensado EDS del conductor : 16%

Tensado EDS del cable OPGW : 13.5%

4.5.2 Hiptesis de carga para el cable OPGW

Las hiptesis de carga a utilizar en los cables de guarda OPGW son las siguientes:

Hiptesis 1 Condicin EDS final

Presin de viento medio, 0 kg/m

Temperatura media, 15 C

Esfuerzo unitario, 13,5% de resistencia de rotura nominal, condicin final

Hiptesis 2 Condicin de carga de viento slo

Presin de viento mximo, 42,60 kg/m.

Temperatura, 10 C

Segn la regla 261.H.1.a. se verifica que el esfuerzo mximo del conductor o cable tipo

OPGW, no debe superar el 60 % de la resistencia a la rotura nominal, aplicando factor de

sobrecarga correspondiente.

Hiptesis 3 Condicin de carga de viento y hielo combinado

Presin de viento reducido, 10,65 kg/m

Temperatura, 5 C

Espesor de manguito de hielo, 0 mm

Densidad del hielo, 913 kg/m3

Hiptesis 4 Condiciones de mxima temperatura

Presin de viento, 0 kg/m

Temperatura, 22 C, para condicin final.

4.6 CAMBIO DE ESTADO DEL CONDUCTOR Y CABLE TIPO OPGW

4.6.1 Cambio de Estado del Conductor y cable tipo OPGW

El cambio de estado del conductor para las diferentes vanos y distintas condiciones

ambientales, se efectuar mediante la siguiente ecuacin cbica:



02424

322

12

32223 ESCosWd

SESCosttS

ECosWdTT

f

i

i

iff

Donde:

Tf = Tiro horizontal final (kg)

d = Vano (m)

Wi = Peso unitario inicial (kg/m)

Wf = Peso unitario final (kg/m)

S = Seccin del conductor (mm)

i = Esfuerzo horizontal unitario inicial (kg/mm)

t2 = Temperatura final (C)

t1 = Temperatura inicial (C)

= Coeficiente de dilatacin lineal (1/C)

E = Mdulo de elasticidad (kg/mm)

2

1

1

D

HCos

H/D = Relacin desnivel / vano

4.6.2 Resolucin de la Ecuacin de Cambio de Estado

La Ecuacin de Cambio de Estado del conductor se realiza mediante la ejecucin del

programa de cmputo CAMECO2 el cual resuelve la ecuacin del cambio de estado

utilizando el Mtodo de Cardn, siendo la ecuacin a resolver:

X PX Q3 0

Donde los coeficientes P y Q son definidos de la siguiente manera:

; QS

d W ECosf

24 2

2 2 3

En el Anexo N2, se presentan las salidas de los cambios de estado del conductor AAAC-

240 mm y del cable tipo OPGW, presentando para cada vano seleccionado los siguientes

resultados: esfuerzos unitarios finales, tiros horizontales finales, tiros mximos, flechas en

estado final y parmetros de mxima temperatura.

PW

W

S t t

d W Cos

S

d W ECos

i

i f f

i

f

2

2 2

2

2 1

2 2 2

2

2 2 3

24 24( )



5.0 CLCULO DE AISLAMIENTO

5.1 DISEO DEL AISLAMIENTO

5.1.1 Premisas del diseo

El diseo del aislamiento de la Lnea Area de 138 kV SE Socabaya SE Parque Industrial,

se efecta considerando los siguientes criterios:

Diseo mecnico:

a. Clculo de aisladores polimricos tipo line post para las estructuras de suspensin;

b. Clculo de la cadena de aisladores polimricos para las estructuras de anclaje

Diseo Elctrico:

a. Sobretensin a frecuencia industrial

b. Sobretensin de maniobra

c. Sobretensin de impulso atmosfrico

d. Distancia de fuga

5.1.2 Diseo mecnico de las cadenas de aisladores

El diseo mecnico para cadena de aisladores polimricos se efecta para estructuras de

suspensin y de anclaje de la lnea de transmisin.

a) Aislador tipo line post Lnea de 138 kV

a1) Condicin de mximo viento (direccin vertical)

Temperatura mnima, 10 C

Viento mximo transversal al eje de la lnea, PV = 42,60 kg/m

Se debe de cumplir que:

P > fs x (V2/2+ V1)



Se deprecia el efecto de T1, T2 (compresin, traccin)

Donde:

P = esfuerzo de rotura al cantilver

L1 = tiro transversal debido al viento sobre el conductor

L2 = fuerza del viento sobre el aislador

T3 = carga transversal debido al ngulo de desvo

T3 = T x sen /2

= ngulo de desvo (ngulo) (3 )

T = Tiro longitudinal del conductor en EDS

L = tiro longitudinal del conductor en condicin de mximo viento

V1 = peso del conductor, para el vano peso de 450

V2 = peso de aislador + peso de herrajes (47,1 kg)

fs = factor de seguridad 2,5

Remplazando se obtiene: P > 2,5 x (20/2+ 0,65 x 450) kg

P > 756,26 kg

a2) Condicin EDS direccin longitudinal (rotura)

Temperatura media, 15 C

Viento mximo transversal al eje de la lnea, PV = 0 kg/m

2

12

2

12 2/2/ LLVVfsP

L1 = k.T.cos /2 = 0,3*1110= 333 kg Donde k = 0,3

L2 = Pv.Aa = 0 kg.

P = 359,8 kg. = 3,53 kN

Despus de la rotura del conductor, se utilizan los siguientes coeficientes de reduccin de

tiro y el aislamiento utilizar el siguiente factor de seguridad (fs) y coeficiente de reduccin

de Tiro (K):

fs = 2,00 y K = 0,75

En este caso:

2

1

2

3

2

12 ')( LKTVKVfsP

Donde K = 0,7 (factor de impacto de rotura) T3 = 0

P = 668,2 kg = 6,81kN



b) Aislador de anclaje (polimrico)

El clculo mecnico de los aisladores polimricos en posicin de anclaje se verificar solo

para la condicin de rotura del conductor, en condiciones normales (EDS) es decir para

temperatura media y sin presin de viento.

En este caso se debe cumplir que:

L P/fs y . L1 Po

P = Esfuerzo de rotura del aislador y herraje, en kg

Po= Lmite elstico del herraje de la cadena de rotura de herraje. (60%)

L = Tiro longitudinal mximo antes de la rotura del conductor

L1 = Tiro longitudinal mximo antes de la rotura del conductor (condicin EDS)

= Coeficiente de impacto en caso de rotura del aislador de anclaje, se asume lo siguiente:

= 4 para conductor ACAR o AAAC

fs = 2,00

Del resultado del clculo mecnico del conductor L = 1 765 daN

En el momento de la rotura P = 35,30 kN

Po = 44,40 kN

Adems segn el CNE, que los herrajes de fijacin, no deben exceder del 80% de su

resistencia a la rotura nominal, por lo tanto la fuerza de rotura de los herrajes debe estar

afectada por un factor de seguridad de 1,25

Por lo tanto los herrajes deben de cumplir tener un esfuerzo de rotura mnimo de:

P = 1,25*44,40 55,50 kN

En el Cuadro N 5.1 siguiente se presenta un resumen con el resultado de los clculos.

Cuadro N 5.1

TABLA DE RESULTADOS DEL CLCULO MECNICO DE AISLADORES

Tipo de

Cadena

Esfuerzo de Rotura de Aisladores

Rotura

Herrajes

(kN) R % k FS

Normal

(kN)

A la

rotura del

conductor

(kN)

Suspensin

(Line Post)

40 - - 2,5 3,53 - 6,81

50 0,3 0,7 2,0 - 6,81

Anclaje

(Polimrico)

100 0,0 - 1,0 35,30 - 55,50

100 0,0 4,0 1,0 - 55,50

5.1.3 Diseo Elctrico



5.1.3.1 Diseo del Aislamiento por Distancia de Fuga

La seleccin del aislamiento se efectuar para el Nivel de Contaminacin Medio, segn las

recomendaciones para el clculo de la distancia de fuga presentadas en la norma IEC-815 y

se considera el factor por altitud segn la Norma IEC 600071-1.

La lnea de transmisin a 138 kV en estudio, se caracteriza por desplazarse en una zona

urbana rural con una altitud promedio de 2 300 m.s.n.m., con escasa vegetacin y con poca

humedad, en donde se presentan vientos fuertes y lluvias frecuentes; para estas condiciones

se ha establecido una distancia de fuga unitaria de 25 mm/kV.

Por lo tanto: Df = 25 (mm/kV) x Vmax (kV) x Ka

Factor de correccin por Altitud (ka)

Hasta los 1 000 m.s.n.m.

Mayor a 1000 m.s.n.m.

Donde:

m= 1 y H: altitud

Por lo tanto : ka = 1,17

Obtenemos : Df = 4 241,25 mm

5.1.3.2 Diseo de Aislamiento a Frecuencia Industrial, Hmedo

Se calcula el Voltaje Resistente corregido por factores ambientales y se verifica si el

resultado es menor que las indicadas en la Normas IEC, se toma el valor descrito en las

normas, en caso contrario se consideran el valor obtenido.

Se calcula el sobrevoltaje lnea a tierra a frecuencia industrial ( )VF1

KfKsvV

VF LL

31

Donde:

3

LLV = Valor de tensin lnea a tierra;

Ksv = Sobrevoltaje permitido en operacin normal, por lo general 5% (Ksv = 1,05);

Kf = Factor de incremento de la tensin en fases sanas durante falla monofsica a tierra

(Kf = 1,3).

)8150

(H

m

a ek

)8150

1000(

Hm

a ek



Reemplazando se obtiene: 1VF = 108,76 kV

Clculo del Voltaje Crtico Disruptivo (VCFO): 31

1VFVCFO

Donde: = 6% para voltaje a frecuencia industrial hmedo.

Remplazando: KVVCFO 63,132

El Voltaje Crtico Disruptivo Corregido (VCFOC) a frecuencia industrial 60 Hz es:

Se efecta la correccin para la zona de 1 000 2 300 msnm

FCVKrKDRA

HvVV CFOnCFOCFOC

11

1

1

Donde el FC es:

Hv = Factor de correccin del voltaje por humedad, segn grficos N 6.1 y N 6.2.

DRA = Factor de correccin por Densidad Relativa del aire, segn grfico N 6.3

n1 = Exponente que es funcin de la distancia a masa, es igual a 1.

K1 = Factor de correccin por tasa de precipitacin, segn grfico N 6.4

Kr = Factor de correccin por resistividad del agua de lluvia, segn grfico N 6.5, se

asume igual a 1.

Los grficos mencionados se muestran en el Anexo 3, de donde se obtienen para el rea de

carga A1 los siguientes factores de correccin:

72,1

00,1;67,0;783,0;90,0 1

FC

KrKDRAHv

El Voltaje Crtico Disruptivo a 60 Hz corregido por factores ambientales es:

kVVCFOC 41,22872,163,132

Segn la norma IEC, para una tensin mxima del sistema de 145 kVrms, el Voltaje

Resistente a Frecuencia Industrial fase- tierra y fase - fase es de 275 kVrms

Aplicando la correccin por altitud se obtiene lo siguiente: 275 x 1,17 = 321,75 kV rms

El valor de la norma superior es de 325 kV eficaz.

Distancia mnima a masa: De la curva de sobrevoltaje a frecuencia industrial para el

espaciamiento en aire entre conductor y estructura:



D = 0,5 m

b) Clculo del Voltaje Resistente a Frecuencia Industrial, Hmedo

El Voltaje Resistente o Voltaje No Disruptivo a 60 Hz corregido por factores ambientales

es:

kVrmsVVND CFOC 29,18782,041,228)31(

c) Tensin disruptiva con la tensin de perforacin dielctrica. CNE Norma 272

VCFOC/Vp < 75%

Vp > 304,54 kV

5.1.3.3 Diseo de Aislamiento por Sobretensin de Impulso atmosfrico

Segn la norma IEC el voltaje resistente a sobretensin de impulso tipo rayo fase tierra y

fase fase es igual a 650 kV pico.

Aplicando factor de correccin por la densidad relativa del aire a 2300 m.s.n.m.

Tenemos:

Densidad del aire

b: Presin baromtrica a 2300 m.s.n.m.

Por lo tanto = 0,783

El Voltaje Resistente al Impulso Atmosfrico 1,2/50 corregido la densidad relativa del aire

de la zona:

Nmero de desviaciones estndar alrededor de la media: 1,3

Desviacin estndar: 3%

Por lo tanto VNDc = 650*(1/ )/(1-*ND) = 650*(1/0.783)/(1-3/100*1,3) = 864 kVp

Distancia mnima a masa: De la curva de sobrevoltaje a frecuencia industrial para el

espaciamiento en aire entre conductor y estructura:

D = 1,4 m

5.1.3.4 Diseo de Aislamiento por Sobretensin de maniobra

Tenemos que calcular en primero tensin de sostenimiento que viene dada por la siguiente

expresin:

Donde:

t

b

273

*92,3

:

sCF fVV3

2max



Vmax : Tensin mxima de operacin. Vmax = 145 kV

fs : Factor de sobretensin de maniobra. fs = 3

Por lo tanto:

VCO = 355,2 kVp

Tensin critica disruptiva en condiciones estndar:

Por lo tanto: VCFO = VCO/(1-*ND)

ND : Nmero de desviaciones estndar alrededor de la media: 3

: Desviacin estndar: 6%

VCFO = 433,2 kVp

Aplicamos la correccin por altura:

VCFOc = VCFO/ = 553,18 kVp

Distancia mnima a masa: De la curva de sobrevoltaje transiente o de maniobra para el

espaciamiento en aire entre conductor y estructura

D = 1,38 m

5.1.4 Seleccin de aisladores

El aislamiento de la lnea de transmisin determinado por los criterios definidos en los puntos

anteriores estar conformado por cadenas de aisladores con las caractersticas mnimas

descritas en el Cuadro siguiente:

Cuadro N 5.2

VALORES MNIMOS DE RESISTENCIA ELCTRICA Y MECNICO DE AISLADORES

Tipo Tensin

(kV)

Sobretensin

a frecuencia

Industrial

(kVrms)

Sobretensin

atmosfrica

(kVpico)

Distancia

de Fuga

(mm)

Fuerza de

rotura al

cantilever

(kN)

Fuerza de

rotura

(kN)

Longitud

a masa

(mm)

Suspensin 138 325 864 4 241,25 6,81 - 1 400

Anclaje 138 325 864 4 241,25 - 55,50 1 400



6.0 DISTANCIA DE SEGURIDAD

6.1 DISTANCIA MNIMA A MASA

La distancia mnima a masa en la estructura se determinar mediante la regla 234.A.2 del

CNE distancia de seguridad horizontal (con desplazamiento debido al viento).

En el desplazamiento horizontal debido a viento, los conductores debern ser considerados

como desplazados de la posicin de reposo hacia la misma estructura u otra instalacin por

un viento de 190 Pa de presin, en una flecha final a 25C. Cuando la lnea se desplaza en

reas urbanas.

Para un vano viento de 200 m y un vano peso promedio mnimo de 200 m, con una presin

de viento de 190 Pa 19,37 kg/m (segn CNE) se obtiene el ngulo de oscilacin de los

conductores de fase:

3164,3065,0200

37,1901988,0200tgarc

WcondVpeso

PvVvientotgarc

6.2 DISTANCIA MNIMA ENTRE FASES

Para el clculo de la distancia mnima entre fases se utilizar el criterio de separacin de los

conductores en la mitad del vano, la que ser determinado por las reglas del CNE

Suministro 2011.

6.2.1 Distancias Horizontal Entre Conductores

Segn la regla 235.B.1.b(2) Para los conductores de 35mm o ms : se debe usar siguiente

formula:

Distancia de seguridad (mm) = 7,6 mm por kV + 8 * raiz(2,12 S)

Donde:

kV: kilovoltios = 145

S: Flecha final en mm para una condicin de 25 C sin viento.



Cuadro N 6.1

CLCULO DE SEPARACIN HORIZONTAL ENTRE CONDUCTORES

Conductor : 235.8 AAAC

correccion por altitud

Altitud m.s.n.m. 2300

Fh: Factor de correccin por altitud 1.13

Distancia horizontal entre conductores

U: Tensin mxima de la lnea (kV) 145.0

l = longitud del aislador (mm) 1.3

ngulo de oscilacin mxima ( grados) 0

Factor de altitud (sin unidades) 1.13

f: Flecha (m)

D: Separacin horizontal entre fases (mm)

Distancia de separacion de fases: Segn el CNE Suministro 2011

despejando, se clcula la flecha en funcin de la separacin de fases

Dh(m) = 3

f: Flecha (m) 22.57

Flecha

Calcula (m)Vano (m) Flecha (m)

Vano para flecha

clculada (m)

0.47 60 0.39 65

80 0.66

4.15 220 3.41 231

240 4.71

8.13 320 8.00 322

340 8.96

11.52 380 11.03 388

400 12.15

22.57 540 21.47 554

560 23.01

37.30 720 37.23 720

740 39.23

55.70 880 54.64 888

900 57.04

22.57 540 21.47 554

560 23.01

145.85 1220 101.33 1505

1240 104.45

152.49 1220 101.33 1548

1240 104.45

D(m) f(m) Vano Lateral(m)

1.50 0.47 65

2.00 4.15 231

2.30 8.13 322

2.50 11.52 388

3.00 22.57 554

3.50 37.30 720

4.00 55.70 888

4.20 152.49 1548

SEPARACION HORIZONTAL DE CONDUCTORES EN EL SOPORTE

De tabla de CMC

)(.65,11..6,7 SenlfFcUD

Los resultados de la Tabla N 6.1 nos muestran los vanos mximos para conductores

instalados horizontalmente. Para vanos hasta 300m se requiere una separacin horizontal de

2.30m y para una separacin de 3,5m se puede llegas hasta vanos de 720m.

6.2.2 Distancias Vertical Entre Conductores instalados en el mismo soporte



Para calcular la distancia mnima vertical entre conductores se usa la Tabla 235-5,

considerando un nivel de tensin mayor a 50kV se hace la correcciones correspondientes

segn la regla 235.C.1.

Para una tensin de 138 kV la distancia mnima es:

0,80 m + 0,01 m x (145 11) x 1,13 = 2,31 m

Tomando en consideracin la regla 235.C.2.b(1)(a), la flecha en cualquier punto del vano

no debe ser menor al 75% de la distancia resultante de la Tabla 235-5, es decir

de:0.75*2.31 = 1,73m , bajo las siguientes condiciones:

El conductor superior con flecha final a la mxima temperatura de operacin y el conductor

ms bajo con flecha final a la mismas condiciones pero sin carga elctrica. Se deber

mantener en cualquier punto del vano la distancia de 1,73m, luego se deber corregir la

posicin de los conductores en el soporte para lograr mantenerse por encima de este valor

en cualquier punto del vano.

De tal forma que se obtiene el siguiente resultado

Distancia de seg.

Vano con carga Sin carga Diferencia DMV

(m) (m) (m) (m) (m)

100 1.97 0.90 1.08 2.81

120 2.48 1.26 1.22 2.96

150 3.32 1.90 1.42 3.15

180 4.25 2.66 1.59 3.33

200 4.92 3.23 1.69 3.43

225 5.65 3.86 1.79 3.52

250 6.82 4.90 1.91 3.65

275 7.66 5.66 1.99 3.73

300 9.01 6.91 2.09 3.83

320 9.97 7.82 2.15 3.89

340 10.99 8.78 2.21 3.95

360 12.05 9.79 2.26 4.00

385 13.17 10.86 2.31 4.04

400 14.34 11.99 2.35 4.09

Fecha mxima

Para un vano de 385 m se requiere una separacin vertical entre conductores de 4,05. Esta

separacin vertical se ha considerado para los postes metlicos y torres de celosa.

6.3 DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD

a) Distancia de seguridad (DS) en cualquier direccin desde los conductores hacia los

soportes y hacia conductores verticales o laterales de otros circuitos, o retenidas

unidos al mismo soporte.

Se determinan segn la regla 235.E.1 y la Tabla 235-6.



- Distancia de seguridad a conductor vertical o lateral de otros circuitos:

DS = 580 mm + 10 mm x (145 50) x 1,13 = 1,65 m

- Distancia de seguridad a retenida de anclaje unido a la misma estructura:

DS = 410 mm + 6,5 mm x (145 50) x 1,13 = 1,108 m

- Distancia de seguridad a superficie de los brazos de soporte:

DS = 280 mm + 6,0 mm x (145 50) x 1,13 = 0,924 m

- Distancia de seguridad a superficie de estructuras:

- En estructuras utilizadas de manera conjunta:

DS = 330mm + 5 mm x (145 50) x 1,13 = 0,866 m

- Todos los dems:

DS = 280 mm + 5 mm x (145 50) x 1,13 = 0,817 m

b) Distancia vertical de seguridad de conductor sobre el nivel del piso o camino:

- Al cruce de vas de ferrocarril al canto

superior de la riel : 10,50 m

- Al cruce de carreteras y avenidas : 8,10 m

- Al cruce de calles : 8,10 m

- A lo largo de carreteras y avenidas : 8,10 m

- A lo largo de calles : 8,10 m

- En reas no transitadas por vehculos : 6,60 m

- En terrenos de cultivos recorridos

Por vehculos : 8,10 m

c) Distancia de seguridad vertical (DSV) entre conductores adyacentes o que se

cruzan, tendidos en diferentes estructuras soporte no deber ser menor a la que se

indica en la Tabla 233-1, y aplicando la Regla 233.C.2.a obtenemos:

- A lneas primarias hasta 23 kV : 2,58 m

- A lneas de transmisin de 33 kV : 2,69 m



- A lneas de comunicacin : 3,18 m

d) A postes de alumbrado pblico



Segn la Regla 234.B.2 se considera una distancia vertical de 1,70 m para tensiones

entre 23 y 50 kV, ajustando el valor por tensin y altitud se obtiene lo siguiente:

Vertical : 2,77 m

Segn la Regla 234.B.1a y b se considera una distancia horizontal sin viento de 1,50 m

para tensiones entre 23 y 50 kV, y con viento de 1,40 m para tensiones entre 750 V a

23 kV, ajustando el valor por tensin y altitud se obtiene lo siguiente:

Horizontal : 2,57 m (sin viento)

3,76 m (con viento)

e) Distancia de seguridad de los conductores y partes rgidas con tensin no protegidas

adyacentes pero no fijadas a edificios y otras instalaciones a excepcin de puentes.

Segn las reglas 234.B, 234.C, 234.D y 234.G.1 y la Tabla 234-1. Se utilizarn los

mayores valores.

- Letreros, chimeneas, carteles, antenas de radio y televisin, tanques y otras

instalaciones no clasificadas como edificios y puentes:

- Horizontal : 2,50 m + 0,01 m x (145 23) x 1,13 = 3,88 m (en reposo)

- Vertical : 3,50 m + 0,01 m x (145 23) x 1,13 = 4,88 m

- Distancias horizontales considerando viento de 190 Pa, segn regla 234.C.1.b, se

deber usar las siguientes distancias:

- Conductores de suministros expuestos de 750 V a 23 kV : 2,0 m

- Para tensiones superiores a 60 kV : 1,8 m

Realizando los clculos de oscilacin del conductor por un viento de 190 Pa y 25C se

obtiene lo siguiente: ngulo de oscilacin 13.49 y para un vano 170 m una flecha de

2,54 m

Luego efectuando el clculo se obtiene una distancia horizontal de : 2,43 m

Efectuando las correcciones por tensin y altitud

- Horizontal : 2,43m + 0,01 m x (145 23) x 1,13 = 3,36 m

Para el diseo la distancia de seguridad horizontal a considerar ser mayor al valor de

3,36 m y 3,88 m obtenidos del clculo, por lo que usaremos para este proyecto el

valor:

- Distancia horizontal mxima a edificaciones a medio vano : 3,9



7.0 DISEO MECANICO DE ESTRUCTURAS

7.1 DEFINICIONES BSICAS DE DISEO

Cada tipo de estructura se disea en funcin de los siguientes vanos caractersticos:

Vano viento : es la longitud igual a la semisuma de los vanos adyacentes a la estructura;

Vano peso : es la distancia horizontal entre los puntos ms bajos (reales o ficticios) del

perfil del conductor en los dos vanos adyacentes a la estructura y que

determinan la reaccin vertical sobre la estructura en el punto de amarre del

conductor.

Vano mximo : es el vano ms largo admisible de los adyacentes a la estructura, que

determina las dimensiones geomtricas.

En el diseo de las estructuras, se tendr en consideracin el ngulo de desvo mximo

admitido para los conductores.

7.2 DETERMINACIN DE CARGAS EN ESTRUCTURAS CON POSTES DE

CONCRETO, METAL Y DE TORRES DE CELOSA

Las hiptesis para la determinacin de los diagramas de carga de las para la lnea de 138

kV, se verificarn para las condiciones finales de carga del conductor, con excepcin de las

condiciones de tendido que se efectuarn en condicin inicial.

Para la determinacin de las prestaciones de las estructuras se realizaran los clculos de

vano lateral, vano gravante y vano viento para cada una de las estructuras.

7.3 HIPTESIS DE CARGA: ESTRUCTURA DE SUSPENSIN O

ALINEAMIENTO Y NGULO

Hiptesis 1: Condicin normal- Mximo viento Transversal

En condiciones normales se admitir que la estructura est sujeta a la accin simultnea de

las siguientes fuerzas:

a) Cargas verticales:



El peso de los conductores, cable de comunicacin, aisladores y accesorios para el

vano gravante correspondiente

El peso propio de la estructuras

b) Cargas Transversales:

La presin del viento sobre el rea total neta proyectada de los conductores y cable de

comunicacin sobre el eje de la lnea, aisladores y accesorios para el vano medio

correspondiente.

La presin del viento sobre la estructura.

La componente horizontal transversal de la mxima tensin del conductor

determinada por el ngulo mximo de desvo.

La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable de

comunicacin determinada por el ngulo mximo de desvo.

c) Cargas Longitudinal:

No hay carga

Hiptesis 2: Condicin normal- Mximo Viento Longitudinal

a) Cargas Verticales:

El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano

gravante correspondiente





La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable OPGW



La presin del viento longitudinal sobre la estructura.

La presin sobre al rea neta proyectada de los vanos adyacentes sobre la

perpendicular al eje de la lnea de los conductores y cable OPGW.

Hiptesis 3: Condicin normal- Mximo Viento a 45 del eje de la lnea








La presin del viento (de la componente a 45) sobre el rea total neta proyectada al

eje de la lnea de los conductores y cable OPGW, aisladores y accesorios para el

vano medio correspondiente.

La presin del viento, de la componente a 45, sobre la estructura.






La presin del viento longitudinal (Componente horizontal a 45) sobre la estructura.

La presin del viento longitudinal (Componente horizontal a 45) sobre el rea

proyectada a la normal del eje de la lnea de los conductores y cable OPGW.

Hiptesis 4: Condicin Excepcional Rotura del cable OPGW.

En condiciones de carga excepcional se admitir que la estructura estar sujeta, adems de

las cargas normales, a una fuerza horizontal correspondiente a la rotura del cable OPGW.

Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del cable OPGW.

Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el

correspondiente ngulo de desvo.

Hiptesis 5: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase superior

Esta fuerza tendr un valor del 50% de la mxima tensin del conductor superior.



Hiptesis 6: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase media

Esta fuerza tendr un valor del 50% de la mxima tensin del conductor medio.









Hiptesis 8: Condicin de Montaje

Se considera cargas verticales iguales al doble de las cargas verticales en condicin normal.

En esta hiptesis las cargas sern las que se obtienen en condicin EDS inicial.

7.3.1 Hiptesis de Carga: Estructura de anclaje









La presin del viento sobre el rea total neta proyectada de los conductores, cable

OPGW y aisladores y accesorios para el vano medio correspondiente.







La componente horizontal longitudinal de la mxima tensin del conductor




Hiptesis 2: Condicin normal- Mximo Viento longitudinal






La proyeccin de la resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW en

mximo viento, en direccin de la bisectriz del ngulo de la lnea.





La presin del viento longitudinal sobre la semisuma de los conductores y cables

OPGW de vanos adyacentes.

La proyeccin de la resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW, a

temperatura mnima, en direccin normal a la bisectriz del ngulo de la lnea.

Hiptesis 3: Condicin normal- Mximo Viento a 45 del eje de la lnea






La presin del viento (de la componente a 45) sobre el rea total neta proyectada del

eje de la lnea de los conductores, cable OPGW y aisladores y accesorios para el

vano medio correspondiente.

La presin del viento, de la componente a 45, sobre la estructura.






La presin del viento longitudinal (la componente a 45) sobre la estructura.

La presin del viento longitudinal (la componente a 45) sobre la semisuma de los

conductores y cable OPGW de vanos adyacentes.

La proyeccin de la resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW, a

temperatura mnima, en direccin normal a la bisectriz del ngulo de la lnea.






















Se considera cargas verticales iguales al doble de las cargas verticales normales. Esta

hiptesis se calcula en la condicin EDS inicial del conductor.

Hiptesis 9: Condicin de estructura terminal

Se considera la condicin de estructura terminal, el cual ser calculado en condicin de

mnima temperatura y presin de viento reducida.






La presin del viento sobre el rea total neta proyectada del eje de la lnea de los

conductores, cable OPGW y aisladores y accesorios para el vano medio

correspondiente.




La resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW mxima en direccin

longitudinal.



7.3.2 Hiptesis de Carga: Estructura de Terminal









La presin del viento sobre el rea total neta proyectada de los conductores y cable

OPGW sobre el eje de la lnea, aisladores y accesorios para el vano medio

correspondiente.



La componente horizontal longitudinal de la mxima tensin del conductor

La componente horizontal longitudinal de la mxima tensin del cable OPGW

Hiptesis 2: Condicin normal- Mximo Viento longitudinal






No hay carga



La resultante mxima de los tiros de los conductores y cable OPGW, en la direccin

longitudinal de la lnea.






















Se considera cargas verticales iguales al doble de las cargas verticales normales. Esta

hiptesis se realiza en condiciones EDS del conductor.

El diagrama de carga calculado se usa para las estructuras de metal autosoportadas, sin

embargo para las estructuras de concreto que llevan retenidas se deber trasladas las cargas

resultantes para que lo soporten las retenidas y el poste trabaje solo a compresin.

7.4 FACTORES DE SEGURIDAD

Los factores de seguridad se han determinado segn las condiciones ambientales de cada

tramo del proyecto, las reglas del Cdigo Nacional de Electricidad Suministro y las

caractersticas fsicas de los materiales seleccionados.

El conductor y cable OPGW no excedern de los siguientes valores:

- De acuerdo a normas vigentes, el esfuerzo mximo admisible (tangencial) en los

conductores, no debe ser superior al 60% del esfuerzo de rotura del conductor.

- Se ha considerado un esfuerzo inicial EDS del 16% tal que el esfuerzo final EDS

resultante sea menor a 16% del tiro del rotura del conductor para evitar el uso de

amortiguadores en vanos regulares.

Para las estructuras se han tomado las consideraciones de la tabla 2.4.2 del CNE Suministro

2011 y se ha seleccionado el grado de construccin B, por la importancia de la lnea, el cual

lleva adems de los conductores de suministro, un cable de comunicacin de fibra ptica en

su estructura.



Los factores de sobrecarga para instalaciones con construccin Grado B, a utilizar con los

factores de resistencia de la Tabla 261-1.A, son las siguientes:

Tabla 253.1

GRADO DE CONSTRUCCION B

Cargas verticales 1,50

Cargas transversales

Debido al viento 2,50

Debido a la tensin en el conductor 1,65

Cargas Longitudinales

En los cruces, en general 1,10

En los cruces en los amarres (anclajes) 1,65

En cualquier lugar, en general 1,00

En cualquier lugar, en los amarres 1,65

Cargas, regla 250.C 1,00

Los factores de resistencia a ser utilizadas con los factores de sobrecarga de la tabla 253-1

sern como se indica a continuacin.

Tabla 261-1A

Factores de resistencia para ser utilizado con cargas de la regla 250.B del CNE Suministro

2001

GRADO DE CONSTRUCCION GRADO B

Estructuras de metal y concreto pretensado 1,0

Estructuras de madera y concreto armado 0,65

Alambre de retenida 0,9

Anclaje y cimentacin de retenida 1,0

Factores de resistencia para ser utilizado con cargas de la regla 250.C del CNE Suministro

2011

Estructuras de metal y concreto pretensado 1,0

Estructuras de madera y concreto armado 0,75

Alambre de retenida 0,9

Anclaje y cimentacin de retenida 1,0

Los cables de retenidas debern tener un factor de seguridad de 1,33/0,9 = 1,48. El valor

de 1,33 se ha elegido considerando las recomendaciones de la nota 2 de la tabla 253-1 del

CNE.

7.5 CRITERIOS PARA LOCALIZACIN DE ESTRUCTURAS

La ubicacin de estructuras de las lneas de transmisin de 138 kV se efectu en forma

preliminar en la vista de planta del trazo de ruta considerando los vanos permisibles

calculados con el clculo mecnico del conductor en el cual se determina las flechas y las



tensiones del conductor, esta ubicacin ser validada con el programa PLS CADD en la

etapa de Ingeniera Definitiva; el cual chequea durante el proceso de ubicacin; la

utilizacin de acuerdo a normas del conductor y de las estructuras, segn las prestaciones

definidas para estos ltimos.

7.5.1 Clculo del vano mximo permisible

Para el clculo del vano mximo permisible se ha tomado en cuenta la longitud de la

estructura a usar y las distancias mnimas al suelo ( 8,1 m).

Las estructuras usadas en el proyecto tienen las siguientes longitudes:

Postes de acero de 80, 85, 90, 100 y 120 pies

Torre de celosa de 30, 33 m

Se obtiene el siguiente Cuadro N8 con los vanos mximos.

Cuadro N 8

CLCULO DE FLECHA MXIMA

Posicin de conductor mas bajo en poste metlico 12.5 m

Posicin de conductor mas bajo en torre 11.6 m

Distancia de seguridad 8.1 m

Altura Altura he Altura Altura flecha Vano

pies (m) (m) libre (m) amarre(m)max (m) (m)

Postes 80 24.38 2.74 21.65 9.15 1.05 104

metlicos 85 25.91 2.89 23.02 10.52 2.42 166

90 27.43 3.04 24.39 11.89 3.79 213

100 30.48 3.35 27.13 14.63 6.53 287

110 33.53 3.65 29.88 17.38 9.28 346

120 36.58 3.96 32.62 20.12 12.02 398

Torres de 30.00 0.00 30.00 18.40 10.30 366

celosa 33.00 0.00 33.00 21.40 13.30 420



8.0 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

8.1 CRITERIOS Y CLCULOS PRELIMINARES

8.1.1 Condiciones ambientales

El terreno donde se ubicara la lnea de trasmisin en 138 kV, presenta suelos de cultivo y

zonas de pronunciada pendiente, tpica de zona Sierra.

Las caractersticas climatolgicas de la zona del estudio son las siguientes:

- Altitud de la lnea (m.s.n.m.) : 2300.

- Temperatura ambiente mnima (C) : 8

- Temperatura ambiente media (C) : 15

- Temperatura ambiente mxima (C) : 22

8.1.2 Criterios de Diseo

Los criterios de diseo para el sistema de puesta considerados son las siguientes:

- Para determinar el tipo de puesta a tierra se requiere que las instalaciones de lneas

garanticen la seguridad de las personas, operacin del sistema, y facilidad de

actuacin de las protecciones. Como las lneas tienen su recorrido por zonas de escaso

trnsito de personas, no se ha tomado en cuenta el criterio de tensiones de toque, paso

y transferencia.

- Se deber lograr una resistencia de puesta a tierra de 25 ohm, segn regla N 036.D.

del C.N.E. Suministro 2011.

- Se usarn electrodos de una longitud no menor a 2,40 m y con material de acero

revestido con cobre electro depositado, el dimetro no ser inferior a 16 mm.

- Los electrodos horizontales se enterrarn a una profundidad de 0,60 m.

- Las caractersticas del conductor de cobre 3/0 AWG a usar son las siguientes:

Seccin total : 85 mm

Dimetro exterior : 11,94 mm

Peso unitario : 0,772 kg/m

Carga de rotura mnima : 20,86 kN (2126 kg)



8.1.3 Procedimiento de Diseo

El procedimiento para el diseo del sistema de puesta a tierra, es el siguiente:

- Se realizaran mediciones de resistividad en todos los vrtices de la lnea y en puntos

intermedios seleccionados.

- Se determinar el valor promedio de la resistividad por el mtodo de dos capas.

- De acuerdo al valor de resistividad de 25 ohm y los valores de resistividades

promedio calculados para los distintos tipos de suelo se dimensionaran las

configuraciones de puesta a tierra.

Nota: La medicin de resistividad del terreno se muestra en detalle en el Anexo N 5



9.0 CONFIGURACIONES DE TIPO DE PUESTA A TIERRA

9.1 CONSIDERACIONES

Las configuraciones de puesta a tierra se han seleccionado, teniendo en cuenta el uso de

contrapesos horizontales y varillas de copperweld.

Se ha determinado la configuracin que permita su fcil instalacin, debido a las

limitaciones de espacio principalmente en la zona urbana.

9.2 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA POSTES METLICOS

9.2.1 Electrodo en disposicin vertical (PAT-1)

Esta configuracin est compuesta de una varilla vertical de copperweld de 2,40 m de

longitud de 16 mm de dimetro. Esta varilla estar conectada al poste mediante una grapa

bimetlica que se conectar a la plancha metlica prevista en el poste metlico.

La separacin mnima al poste de madera ser de 1,5 m. En la Figura N 9.1 se muestra un

esquema de esta configuracin.

Figura N9.1

TIPO: PAT-1

9.2.2 Contrapeso Horizontal (PAT-C)

Esta configuracin est compuesta por el conductor de cobre 85 mm2 en disposicin

horizontal enterrado a una profundidad de 0.6m. Este conductor est conectada al cable de

bajada de puesta a tierra mediante un conector de cobre tipo perno partido.

En la Figura N 4.2 se muestra un esquema de esta configuracin.



Figura N9.2

TIPO DE PAT-C

9.2.3 Contrapeso horizontal en Oposicin (PAT-D)

Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre 85 mm2 en disposicin

horizontal oposicin enterrados a una profundidad de 0.6m. Esta varilla estar conectada al

poste mediante una grapa bimetlica que se conectar a la plancha metlica prevista en el

poste metlico.


Figura N9.3

TIPO DE PAT-D

9.2.4 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-1D)

Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre de 85 mm2 en disposicin

horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0,6 m con un electrodos de

copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Esta varilla

estar conectada al poste mediante una grapa bimetlica que se conectar a la plancha

metlica prevista en el poste metlico.


Figura N9.4

TIPO DE PAT-1D

9.2.5 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-2D)


horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0.6m con dos electrodos de

copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Esta varilla

estar conectada al poste mediante una grapa bimetlica que se conectar a la plancha

metlica prevista en el poste metlico.




Figura N9.5

TIPO DE PAT-2D

9.3 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA TORRES DE CELOSA

9.3.1 Contrapeso horizontal en Oposicin (PAT-E)

Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre 85 mm2 en disposicin

horizontal oposicin enterrados a una profundidad de 0,6 m. Estos conductores estn

conectados al cable de bajada de puesta a tierra mediante dos conectores de cobre tipo perno

partido.


Figura N9.6

TIPO DE PAT-E

9.3.2 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 1 electrodos (PAT-1E)


horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0.6m con un (1) electrodos de

copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Cada uno de

estos conductores estarn conectados a la parte metlica de la torre mediante un una grapa

bimetlica de 1 va con uno o dos pernos.




Figura N9.7

TIPO DE PAT-1F

9.3.3 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-2E)


horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0.6m con dos electrodos de

copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Cada uno de

estos conductores estarn conectados a la parte metlica de la torre mediante un una grapa

bimetlica de 1 va con uno o dos pernos.


Figura N9.8

TIPO DE PAT-2F

Donde la simbologa usadas se muestra en la Figura N 9.8

Figura N9.8

SIMBOLOGA UTILIZADA

SMBOLO DESCRIPCIN

Poste metlico

Pozo de tierra con electrodo

Conductor de cobre

Pata de torre



Las configuraciones de puesta a tierra a usar se muestran en los planos LSP-015 para

postes metlicos y LSP-022 para torres de celosa.

9.4 DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Ante la resistividad alta obtenida, definimos la siguiente configuracin a ser empleadas en

funcin al espacio y ubicacin de las estructuras definidas, as como del valor de

resistividad registrado:

9.4.1 Resistencia de la Configuracin Tipo( PAT-1)

La resistencia propia de puesta a tierra para sistemas compuestos por un electrodo, se

estima a travs de la siguiente relacin:

Donde:

Rv : Resistencia propia de un electrodo ()

a : Resistividad aparente del terreno ( - m)

L : Longitud de la electrodos (m)

d : Dimetro del electrodo (m)

h : Profundidad de enterramiento (m).

9.4.2 Resistencia con Contrapeso Horizontal (PAT-C y PAT-E)

La resistencia propia de puesta a tierra de un contrapeso horizontal, enterrado a una

profundidad p est dada por la siguiente expresin:

12

2

hp

LLn

L

aRc

Donde:

Rc : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()

a : Resistividad aparente del terreno (-m)

L : Longitud del conductor (m)

h : Dimetro del conductor (m)

p : Profundidad de enterramiento (m)

9.4.3 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin (PAT-D y PAT-E)

)55.1

(2

2

hd

LLn

LtR a

)4

(2 d

LLn

LvR a



Donde:

Rt : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()

a : Resistividad aparente del terreno (-m)

L : Longitud del conductor (m)

d : Dimetro del conductor (m)

h : Profundidad de enterramiento (m)

9.4.4 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin Con dos electrodos

(PAT-2D)

La Resistencia Mutua entre conductor horizontal y el electrodo vertical, se calcula a travs

de la siguiente expresin:

1pdc

LLn

Lc

aRtRm

Donde:

Rm : Resistencia mutua entre conductores verticales y horizontales

de puesta a tierra () Rc : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()

a : Resistividad aparente del terreno (-m) Lc : Longitud del conductor horizontal (m)

dc : Dimetro del conductor horizontal (m)


L : Longitud del electrodo vertical (m)

La resistencia de dos varillas separadas 3m se estima a travs de la siguiente relacin.

Resistencia Total del Sistema de Aterramiento

La resistencia de puesta a tierra total del conjunto, se estima a travs de la siguiente

relacin:

RmRtRv

RmRtRvRvc

22

22

2

Donde:

Rvc2 : Resistencia de puesta a tierra total del sistema () Rv2 : Resistencia de puesta a tierra equivalente de dos electrodos ()

)4

(2

557.02

d

LLn

LvR a



Rt : Resistencia de puesta a tierra del conductor enterrado en

configuracin horizontal () Rm : Resistencia mutua entre el conjunto electrodos y conductor

enterrado horizontalmente ().

9.4.5 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin Con dos Electrodos

(PAT-2E)

La Resistencia Mutua entre conductor horizontal y el electrodo vertical, se calcula a travs

de la siguiente expresin:

1pdc

LLn

Lc

aRtRm

Donde:

Rm : Resistencia mutua entre conductores verticales y horizontales

de puesta a tierra () Rc : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()

a : Resistividad aparente del terreno (-m) Lc : Longitud del conductor horizontal (m)

dc : Dimetro del conductor horizontal (m)


L : Longitud del electrodo vertical (m)

La resistencia equivalente de dos varillas se estima a travs de la siguiente relacin.

Resistencia Total del Sistema de Aterramiento

La resistencia de puesta a tierra total del conjunto, se estima a travs de la siguiente

relacin:

RmRtRvf

RmRvfRtRvcf

2

2

Donde:

Rvcf : Resistencia de puesta a tierra total del sistema () Rvf : Resistencia de puesta a tierra equivalente de dos electrodos () Rt : Resistencia de puesta a tierra del conductor enterrado en

configuracin horizontal () Rm : Resistencia mutua entre el conjunto electrodos y conductor

enterrado horizontalmente ().

)4

(2

5.0

d

LLn

LvfR a



9.5 RESULTADOS DE LOS CLCULOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A

TIERRA DE LAS CONFIGURACIONES

De los clculos efectuados se determino para diferentes resistividades del terreno, el tipo de

configuracin de puesta a tierra a instalarse, el cual se resume en los siguientes cuadros:

Cuadro N9.1

CONFIGURACIONES EN POSTES MTALICOS

Tipo Resistividad

ohm-m

Contrapeso

Horizontal

(m)

Varilla (u) Requerimiento

PAT-1 0 -56 - 1

PAT-C 57-175 10

PAT-C 176-304 20

PAT-C 305-364 25

PAT-C 365-416 30

PAT-D 529-637 50

PAT-1D 638-711 30 1

PAT-1D 712-896 40 1

PAT-2D 897-1091 40 2

PAT-2D 897-1091 50 2

Cuadro N9.2

CONFIGURACIONES EN TORRES DE CELOSA

Tipo Resistividad

ohm-m

Contrapeso

Horizontal

(m)

Varilla (u) Requerimiento

PAT-E 0-172 10 -

PAT-E 173-299 20

PAT-E 300-416 30

PAT-E 417-528 40

PAT-E 529-637 50

PAT-1E 638-711 30 1

PAT-1E 712-896 40 1

PAT-2E 897-1091 40 2

PAT-2E 1092-1305 50 2

9.6 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

- Para resistividades menores a 500 ohm-m se recomienda completar los rellenos con

material de prstamo cernida

- En los puntos donde se encuentren resistividades mayores a 500 ohm-m se

recomienda utilizar material de prstamo para el relleno de los contrapeso y del pozo

de puesta a tierra.

- En caso de obtenerse resistividades promedio muy altas en el terreno, el Contratista

propondr mtodos para la disminucin de tales resistividades (Tales como geles,


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