DISEÑO DE UNA LINEA DE TRANSMISIÓN DE 5 Km DE LONGITUD DE 138 KV

OBJETIVO.- El objetivo principal de esta línea de transmisión es prestar mejor servicio a los usuarios nuevos y mejorar el servicio a todos los usuarios antiguos del sector, la línea parte desde la subestación #12 del Descanso con dirección a la ciudad de Azogues.

UBICACIÓN

La línea de transmisión a diseñar partirá desde la subestación #12 del Descanso 5 Km de línea hacia la ciudad de Azogues, la línea de transmisión atraviesa diferentes accidentes geográficos como son el rio Burgay, quebradas, la vía principal para los cantones orientales es decir específicamente la vía que se dirige hacia el peaje de Chaquilcay, algunas vías secundarias y caminos vecinales.

ANTECEDENTES

Para el diseño de la línea se partió de un estudio de pre factibilidad desde la subestación #12 hacia la ciudad de Azogues escogiendo tres diferentes rutas para la implementación de la misma estos tramos están especificados en el mapa topográfico correspondiente, de las cuales se descartaron L1 y L2. La primera fue descartada debido a que ya existe una línea cercana al lugar y por los árboles de eucalipto que dificultan el tendido de las mismas. La L2 fue descartada por los costos que representa y a las dificultades del terreno que hacen subir los costos de la línea.

CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR DONDE SE CONSTRUIRÁ LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN.

Para el diseño de la línea de transmisión se usará el conductor 266.8 MCM, ACSR 26/7, el tipo de estructura será de un conductor por fase en disposición triangular con cable de guardia de acero de 5/8” de diámetro. Se usarán aisladores de suspensión tipo NEMA 52-6.

Los tipos de estructuras serán de Retención (Amarre), Ángulo y Suspensión. Estas estructuras están especificadas en el perfil longitudinal y sus puntos de elevación y los respectivos dueños de los predios en donde se colocarán las estructuras aparecen en el siguiente cuadro.

Tramo Elevación Propietarios0 2322 Sub Estación

Descanso681 2370 María Zhunio

1171 2370 Ignacio López2074 2444 Rolando Vega2690 2450 Luis Estrella3300 2443 Manuel Portillo

3700 2462Antonio Boconsaca

4000 2468 Victoria Romero4528 2532 David Cárdenas5000 2426 Ruth Rea

CARACTERISTICAS GENERALES TÉCNICAS DEL PROYECTO

Características técnicas generales del conductor y la línea:

Voltaje: 138 KV Conductor: 266.8 MCM, ACSR 26/7 Material conductor: Conductores de aluminio ACSR es decir que tienen alma de acero para soportar los esfuerzos mecánicos.

Cable de guarda: 5/8" de acero de 7 hilos Aislamiento: Aisladores de suspensión tipo NEMA 52-6.

Longitud: 5 Km.

OBTENCIÓN DEL PERFIL LOGITUDINAL

Para obtener el perfil longitudinal partimos de un plano topográfico suministrado por el IGM, y la empresa eléctrica para poder observar las líneas de transmisión que el área ya posee para un perfecto estudio de factibilidad y del proporcionado por el instituto geográfico militar se usó exclusivamente para tomar las curvas de nivel, a continuación se muestra el respectivo mapa

CÁLCULO MECÁNICO

Primero nos imponemos donde deben ir las estructuras para obtener nuestro vano regulador.

Vano regulador:

TRAMO

=363,81 [m]

a2=317,20 [m]

ar=342,889[m]

TRAMO 2

=266,86 [m]

=224,07 [m]

ar=248,246 [m]

TRAMO 3

=336,39 [m]

=566,37 [m]

a3=611,07 [m]

a4=514,85 [m]

a5=409,62 [m]

a6=527,98 [m]

a7=390,11 [m]

a8=417,66 [m]

ar=497,082 [m]

Por lo tanto el vano regulador es:

=497,082 [m]

Cálculo con los datos de la tabla del libro de la Whestinghouse pág 50.

V=138KV

T=11250[Lb]=5102,91[Kg]

P=1936 [ lbmi ]=0,54566 [ kgm

]

E=8000 (módulo de elasticidad del conductor)

(Coeficiente de dilatación lineal del conductor)

Φext>16,3068mmФAl=0,1013 pulg =2,57302 [mm]

Фac=0,0788 pulg =2,00152 [mm]

Stot=S=SAl+SAc=π ( 2,573022

)2

∗26+π ( 2,573022 )

2

∗7=¿157,216 [mm^2]

t 1= TS∗fs

= 5102,91157,216∗2

=16,229[ kg

mm2]

W=PS=0.54566

157,216=0,003471[ kg

m∗mm2]

Hipótesis de Viento

θ1=−5oCθ2=15oC m1=1

Φext>16,3068mm

Φext>16mm∴P1=50kg /m2

Pv=50∗16,3068∗10−3=0.81534¿]

P'=0,981083 [ kgm

]

m'=1,79797=m2W=0.003471¿β=56,2079o

Ahora calculamos a partir de la ecuación de cambio de estado

t 22[t 2+α∗E (θ2−θ1 )−t 1+

E∗ar2∗ω1

2

24∗t12 ]=E∗ar

2∗ω22

24

t 2=14,4089[ kg

mm2]

f 2=7,44 [m ]f 2' =4,1381 [m ]

Hipótesis de hielo: θ1=−5oCθ2=0oCh>1000m Zona CPH=0.36(16,3068)^(0.5)=1,45 [kg/m]P' '=1,9994 kg/mm' '=3,66419

t 2=28,3408[ kg

mm2]

f=13,86 [m ]

Hipótesis de temperatura

m1=m2=1

t 22[t 2+α∗E (θ2−θ1 )−t 1+

E∗ar2∗ω1

2

24∗t12 ]=E∗ar

2∗ω22

24

Reemplazando los valores en la ecuación y resolviendo tenemos:

t2=11,7998[kg/mm^2]

Por lo tanto la flecha máxima es:

f=9,0848[m]

Tensión de cada día:

Para esto usamos:

θmed=T 6am+T 6 pm+Tmin+Tmax4

=8+18+4+274

=14.25

t 22[t 2+α∗E (θ2−θ1 )−t 1+

E∗ar2∗ω1

2

24∗t12 ]=E∗ar

2∗ω22

24

t 2=14,4729[kg /mm2]

T2=t2*S=14,4729*157,216=2275,37[Kg]

TCD=T 2T

∗100=2275,375102,91

∗100=44.5897 %

Necesita anti vibradores.

Cálculo de la longitud de la cadena de aisladores:

El aislador tipo NEMA 52-6 tiene:

Vff=138kV

Vfn=10kV

h=534pulg=0,146 [m ]

# de aisladores=138√310

=7.96=8aisladores

L=0,146*8=1,168[m]

Sobrevoltajes

Vct= 1,1√2∗Kt∗Vff∗dn∗kllH∗√3

=265,103KVfn

Sobrevoltaje de maniobra:

n=1k t=2.5k¿=1.1H=0.98

V ct=

1.1∗√2√3

∗2.5∗138∗0,762222∗1.1

0.98=265,103kV

Sobrevoltaje de frecuencia industrial:

n=1k fi=1.5k¿=0.77 H=0.98

V cfi=

1.1∗1.5∗138

√3∗0,762222∗0.77

0.98=78,7292kV

Sobrevoltaje de descargas admosféricas cuando cae en el cable de guarda o en la estructura.

I=7,5kA

Vca=I (1−C)

1Zd

+ 2Zn

+ 1R

R=25Ω ; Zd=400 Ω :Zn=500 Ω

C= 50500

log( 3500500 )=0,084

Vca=7,5(1−0,084)1

400+ 2

500+ 1

25

=147,74 KV

V cmax=265,103kV

¿aisladores=265,103

10=26,51≈27aisladores

L=27∗0,146=3,942m

Cálculo de la altura de la estructura y distancias de seguridad.

h1=5.3+138150

=6,22[m]

d=0.1+138150

=1,02 [m ]

d2=3,942∗sin 56,2075=3,27604 [m ]

d1=1,02+3,27604=4,29604 [m ]

β esta entre40o y65o por ellok=0.6

D=0.6√3,942+9,048+138150

=3.08549[m]

D=d+L=3,942+1,02=4,962[m]

D<d+L∴D=d+L=4,962 [m ]

h2=4,29604tan 35

=6,135 [m ]

La altura total es:

hT=6,22+9,084+4,962+3,942+6,135=30,343 [m ]

Cálculo de las Ecuaciones de la Parábola, Flecha Máxima, Pie de Apoyo y Flecha Mínima.

Ecuación de la parábola:

y=HP

+ P2∗H

x2

H=t2P=ω

y=t2ω

+ ω2∗t 2

x2

y=3399,76+0,000147 x2

Catenaria

Trasladándole al origen

y=0,000147 x2

Ecuación de la parábola para la flecha máxima:

h1=6,22[m]

y=0,000107 x2−6,22

Ecuación de la parábola para pie de apoyo:

Fmax=9,084 [m ]h1=6,22[m]

y=0,000147 x2−15.304

Ecuación de la parábola de flecha mínima:

Tomamos dos vanos consecutivos, en este caso 566,37 m y 611,07 m

arp=566,37+611,07

2=588,72m

m 1=m2=1∆θ=0

t 2=16,229¿

y= 16,2290,003471

+ 0,0034712 (16,229)

∗x2

y=0,000107 x2+4675,91

Pasando al origen de coordenadas

y=0,000107 x2

Plantilla de Curvas

Con esta plantilla se determina en donde quedan definitivamente las estructuras en el perfil longitudinal.

El perfil longitudinal de la línea es el siguiente:

El mapa topográfico:

REPLANTEO DE APOYOS

Para esto nos ayudamos con la plantilla de curvas y el perfil longitudinal, obteniendo así la ubicación definitiva de las estructuras en el terreno indicado en la plantilla de curvas, es decir la ubicación exacta de donde quedarán las estructuras esto se comprueba con la curva de la flecha mínima.

TABLA DE TENSADO:

Ya cuando se tienen realizado el replanteo de los apoyos se realiza a elaborar la tabla de tensado o cuadro de regulación de la línea de transmisión, se toma los valores definitivos de los vanos y calculamos las tensiones al que debemos tensar el cable en los respectivos vanos se tiene en cuenta también la temperatura.

TEMPERATURA TENSIÓN

FLECHA [m]

VANO[m]681

0 15,856812,68946

47

5 15,496912,98416

48

7 15,356313,10304

59

10 15,149113,28226

12

12 15,013313,40240

35

13 14,946213,46257

27

14 14,879513,52292

11

15 14,813213,58344

61

16 14,747513,64396

03

17 14,682213,70464

26

18 14,617413,76539

63

19 14,553113,82621

6

20 14,489213,88719

21

21 14,425713,94832

17

22 14,362814,00940

65

23 14,300314,07063

52

26 14,115514,25484

78

27 14,054814,31641

18

29 13,934714,43980

16

30 13,875414,50151

37

TEMPERATURA TENSIÓN

FLECHA [m]

VANO[m]490,33

015,7482

6,62385224

515,2816

6,82610132

715,099

6,90865289

1014,8295

7,03420546

1214,6529

7,11898327

1314,5654

7,16174976

1414,4786

7,20468484

1514,3923

7,24788602

1614,3067

7,29125165

1714,2217

7,33482987

1814,1373

7,37861897

1914,0535

7,42261714

2013,9703

7,46682247

2113,8877

7,51123296

2213,8057

7,55584649

2313,7243

7,60066087

2613,4839

7,73617054

2713,405

7,78170458

2913,2491

7,87327063

3013,172

7,91935545

TEMPERATURA

TENSIÓN

FLECHA [m]VANO [m]

902,73 659,29 566,05 405,85 275,71 570,65 447,79

015,83

5322,3282189

11,9094391

8,77905805

4,51304259

2,08277985

8,92232368

5,49398049

515,45

4422,8785359

12,2029675

8,99543288

4,62427421

2,13411351

9,14222954

5,62938899

715,30

5723,1008085

12,3215234

9,08282652

4,66920058

2,15484713

9,23104936

5,68408039

1015,08

6323,4367635

12,5007153

9,21491803

4,73710474

2,18618507

9,36529647

5,76674395

1214,94

2723,6619918

12,6208477

9,3034738

4,78262853

2,2071944

9,45529738

5,82216261

1314,87

1623,775

11812,681

1879,34795301

4,80549391

2,21774683

9,50050245

5,84999793

1414,80

123,8885241

12,7416756

9,39254225

4,82841587

2,22832537

9,54581935

5,87790212

1514,73

124,0020396

12,8022226

9,43717452

4,85135994

2,23891411

9,59117997

5,90583322

1614,66

1424,1159811

12,8629968

9,48197429

4,87439012

2,24954259

9,63671083

5,93386915

1714,59

2424,2300133

12,9238193

9,5268097

4,89743862

2,26017953

9,68227791

5,96192739

1814,52

3824,3444584

12,9848622

9,57180751

4,9205706

2,270855

9,72801004

5,99008725

1914,45

5824,4589746

13,0459429

9,61683324

4,94371694

2,28153708

9,77377054

6,01826459

2014,38

8224,5738901

13,1072366

9,66201595

4,96694397

2,29225642

9,81969059

6,04654017

2114,32

1224,6888561

13,1685572

9,70721852

4,99018122

2,30298046

9,86563083

6,07482817

2214,25

4624,8042067

13,230083

9,75257236

5,01349622

2,31374039

9,91172479

6,10321084

2314,18

8524,9197622

13,291718

9,79800669

5,03685261

2,32451942

9,95790057

6,13164388

2613,99

3225,2675618

13,4772276

9,9347553

5,10715085

2,35696222

10,0968808

6,21722188

2713,92

9125,383

8413,5392481

9,98047382

5,13065333

2,36780867

10,1433454

6,24583277

2913,80

2325,6170381

13,6636315

10,0721632

5,177788

2,38956143

10,236531

6,30321245

3013,73

9625,7339402

13,7259848

10,118127

5,20141658

2,40046608

10,2832449

6,33197686

CARACTERISTICAS DEL CONDUCTOR, CABLE DE GUARDA Y AISLADOR:

En este caso tenemos los siguientes datos del conductor 266,8 MCM ACSR 26/7:

Tensión de rotura del conductor T=5113.64 Kg

Peso del conductor P=0.547 kg/m

Coeficiente de elasticidad E=8000 kg /mm2

Coeficiente de temperatura α=17.7 E-6 1/°C

Coeficiente de seguridad f s=2 .

Sección efectiva del conductor; s=157.216mm²

Cable de guardia:

Cable de guardia de acero

Diámetro: 9 mm

Sección efectiva: 49.5 mm2

Peso: 420 kg/km

Carga de rotura: 5750kg

CONCLUCIONES:

Al realizar este proyecto podemos darnos cuenta la importancia primordial que tienen las líneas de transmisión ya que aquí se ha puesto en práctica toda la teoría, cálculos que nuestros profesores nos han inculcado especialmente el profesor de esta asignatura el Ing. Iván Ortega la misma que nos servirá para nuestro desarrollo en la vida futura como ingenieros eléctricos.

Se debe tener mucho cuidado en el trazado de la línea ya que si no nos fijamos podríamos caer en zonas de inestabilidad del terreno y nuestras obras terminarían siendo un fracaso.

También puedo manifestar que se deben tener en cuenta las distancias mínimas con las vías principales, las de segundo orden para que el proyecto sea factible.

. BIBLIOGRAFÍA:

- Viqueira Jacinto. Redes Eléctricas Tomos I y II. Segunda edición. Prentice

Hall. México. 1966.

- Transmition and Distribution. Whesting House.

- Tablas para el cálculo de líneas de transmisión de la Whestinhouse pág 50.

Anexos:

Tipo de estructura de suspensión que se va a utilizar en el proyecto propuest

FOTO estructura Gualaceo-Guaymincay-Cazhalao-Línea de transmisión hacia el Oriente siguiendo la vía al oriente Gualaceo Limón.

Subestación el Descanso.