tesis manuel

7/22/2019 Tesis Manuel

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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

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UNIVERSIDAD NACIONAL

PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA YELECTRICA

PRIMER PROGRAMA DE TITULACIN PROFESIONAL

EXTRAORDINARIA

TESIS DE INGENIERIA

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE

INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA

PRESENTADO POR:

Lambayeque, Per

2013

VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN DE LA LINEA DE

TRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE SALIDA

60 kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN

SECHSUR"

Br. ROS CAMPOS VCTOR MANUEL


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PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA YELECTRICA


EXTRAORDINARIA

TESIS DE INGENIERIA

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE

INGENIERO MECANICO ELECTRICISTAAprobado por el Jurado Examinador

PRESIDENTE : _____________

SECRETARIO : . _____________

VOCAL : . _____________

ASESOR : Ing. Carlos Yupanqui Rodrguez _____________

Lambayeque, 2013


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PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y

ELECTRICA


EXTRAORDINARIA

INFORME DE INGENIERA

Lambayeque, 2013

CONTENIDO

CAPTULO I : PERFIL DE LA INVESTIGACIN.

CAPTULO II : SITUACION ACTUAL.CAPTULO III : FUNDAMENTO TEORICO.CAPTULO IV : FORMULACIN Y EVALUACIN.

CAPTULO V : CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

AUTOR

Br. R OS CAMPOS VICTOR MANUEL

VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN DE LA LINEA DETRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE

SALIDA 60 kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN

SECHSUR"

TTULO


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DEDICATORIA

A Dios:

Por ser mi Padre y Confidente, y regalarme cada maravilloso da para

cumplir cada una de mis metas.

A mis Padres:

Carlos Enrique Ros Verastegui.

Rosa Marlene Campos Tirado.

Gracias a su amor, ejemplo, comprensin y apoyo he logrado alcanzar mis

metas.


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AGRADECIMIENTO

Agradezco al Ing. Carlos Yupanqui Rodrguez; mi asesor de tesis, por sus

consejos y ayuda para la realizacin de este trabajo.

A los profesores de la Facultad de Ingeniera mecnica y elctrica de la

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo; de manera especial al Ing. Jony

Villalobos Cabrera por compartir conmigo sus conocimientos.

A los Ingenieros Luis Gonzales Bazn, Luis Chvez Bustamante y Wilmer Soto

Torres, por sus enseanzas y apoyo constante de manera incondicional.


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VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN DE LA LINEA DE

TRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE SALIDA

60kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN SECHSUR"


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ndice

INTRODUCCIN ........................................................................................................17

CAPITULO I ................................................................................................................20

PERFIL DE INVESTIGACIN.....................................................................................20

1.1 REALIDAD PROBLEMTICA. .........................................................................20

1.1.1 Identificacin del Problema. ...................................................................21

1.1.2 Delimitacin del Problema. .....................................................................21

1.2 PROBLEMA. ....................................................................................................22

1.3 HIPOTESIS. .....................................................................................................22

1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA. ................................................................22

1.5 OBJETIVOS. ....................................................................................................23

1.5.1 Objetivo General......................................................................................23

1.5.2 Objetivo Especfico. ................................................................................24

1.6 ALCANCES. .....................................................................................................24

1.7 MATERIALES Y EQUIPOS. .............................................................................25

1.8 MTODOS. ......................................................................................................26

CAPITULO II ...............................................................................................................27

SITUACIN ACTUAL .................................................................................................27

2.1 DESCRIPCIN DEL LUGAR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN. ...........27

2.2.1 Ubicacin. ................................................................................................27

2.2.2 Vas de Acceso. .......................................................................................27

2.2.3 Caractersticas Climticas y Geogrficas. .............................................28

2.2 DESCRIPCIN DE LA SITUACIN ACTUAL. ................................................29

2.3 DESCRIPCCIN DE LAS INSTALACIONES ELCTRICAS EXISTENTES. ...30

2.3.1 Subestacin Chiclayo Oeste SECHO 220/60/10 Kv 2x50/50/0.25MVA. 30

2.3.2 Subestacin Chiclayo Norte SECHNOR 60/10 kV 28/35 MVAONAN-ONAF...........................................................................................................32

2.3.3 Subestacin Pomalca SEPOM 60/22.9/10 Kv 7/7/2 MVA. .............33


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CAPITULO III ..............................................................................................................34

FUNDAMENTO TEORICO ..........................................................................................34

3.1 SUBESTACIONES ELCTRICAS. ..................................................................34

3.2.1 Tipos de subestaciones. .........................................................................39

3.2.2 Caractersticas esenciales de una subestacin....................................40

3.2.3 Partes y equipos de las subestaciones elctricas................................443.2.1.1 Barras ...................................................................................................453.2.1.2 Interruptores.........................................................................................463.2.1.3 Cuchillas Desconectadoras.................................................................493.2.1.4 Cuchillas desconectadoras y cuchillas de puesta a tierra................503.2.1.5 Transformador de potencia.................................................................513.2.1.6 Transformadores de corriente. ...........................................................60

3.2.1.7 Transformadores de potencial............................................................623.2.1.8 Apartarrayos.........................................................................................65

3.2 LNEA DE TRANSMISIN. ..............................................................................71

3.2.1 Elementos de una lnea de transmisin.................................................743.2.1.1 Conductores.........................................................................................753.2.1.2 Aisladores.............................................................................................873.2.1.3 Soportes o Estructuras........................................................................98

3.3 DEMANDA Y OFERTA DE LA ENERGA ELCTRICA. ................................ 106

CAPITULO IV ........................................................................................................... 111

FORMULACIN Y EVALUACIN ............................................................................ 111

4.1 ANALISIS DE CAUSAS Y EFECTOS. ........................................................... 111

4.1.1 Causas Directas..................................................................................... 111

4.1.2 Causas Indirectas.................................................................................. 111

4.1.3 Efectos Directos. ................................................................................... 112

4.1.4 Efectos Indirectos.................................................................................. 113

4.2 ANALISIS DE MEDIOS. ................................................................................. 113

4.2.1 Medios de Primer Nivel. ........................................................................ 114

4.2.2 Medios Fundamentales. ........................................................................ 114

4.2.3 Planeamiento de Acciones. .................................................................. 115

4.3 ANALISIS DE FINES. .................................................................................... 116

4.3.1 Fin Directo.............................................................................................. 116

4.3.2 Fin Indirecto........................................................................................... 117


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4.4 ALTERNATIVAS DE SOLUCIN. ................................................................. 117

4.4.1 Situacin sin Proyecto. ......................................................................... 118

4.4.2 Alternativa I. ........................................................................................... 118

4.4.3 Alternativa II. .......................................................................................... 119

4.4.4 Alternativa III. ......................................................................................... 119

4.5 ANALISIS DE LA DEMANDA DE ENERGA ELECTRICA. ........................... 119

4.5.1 Informacin Histrica y Proyeccin de las Variables de Entrada delModelo. 119

4.5.2 Registros de potencia y energa, determinacin del factor de carga.126

4.5.3 Nuevos Suministros.............................................................................. 127

4.5.4 Densidades de Carga en los Distritos de la Victoria, Monsef, Eten,

Puerto Eten y Reque............................................................................................ 1284.5.5 Proyeccin de las Demanda de Potencia y Energa............................ 131

4.6 ANALISIS DE LA OFERTA DE ENERGA ELECTRICA. ............................... 139

4.6.1 Alternativa ILnea en 60 kV-4.8 km SECHO-SECHSUR, Celda deSalida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 en SECHSUR. ...................... 139

4.6.2 Alternativa IIReconversin de Lnea de 22,9 a 60 kV- 4,81 kmSECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 kVen SECHSUR. ..................................................................................................... 140

4.6.3 Alternativa III - Lnea en 60 kV12,93 km SE Pomalca-SECHSUR,celda de salida 60 kV en SE Pomalca y Subestacin 60/23/10 kV en SECHSUR.

140

4.7 BALANCE DE OFERTA Y DEMANDA .......................................................... 141

4.7.1 Alternativas I,II y III ................................................................................ 141

4.7.2 Balance Oferta-Demanda Escenario Optimista. .................................. 144

4.8 ANALSIS DEL SISTEMA ELCTRICO. ......................................................... 147

4.8.1 Anlisis del Sistema Elctrico de las Alternativas I, II y III. ................ 147

4.9 DESCRIPCIN TCNICA DEL PROYECTO. ................................................ 150

4.9.1 Alternativa ILnea en 60 kV- 4,80 km SECHO-SECHSUR, Celda deSalida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 kV en SECHSUR.................. 150

4.9.2 Alternativa II - Reconversin de Lnea de 22,9 a 60 kV- 4,81 kmSECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 kVen SECHSUR. ..................................................................................................... 160

4.9.3 Alternativa III - Lnea en 60 kV-12,93 km SE Pomalca-SECHSUR, celda

de salida 60 kV en Subestacin Pomalca y Subestacin 60/23/10 kV enSECHSUR. .......................................................................................................... 166


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4.10 COSTOS DE LAS ALTERNATIVAS A PRECIOS PRIVADOS. ..................... 169

4.10.1 Costos con Proyecto:............................................................................ 169

4.10.2 Costos Sin Proyecto Situacin Actual Optimizada. ........................ 174

4.11 COSTOS DE LAS ALTERNATIVAS A PRECIOS SOCIALES ....................... 1754.11.1 Costos Con Proyecto......................................................................... 175

4.11.2 Costos Sin Proyecto .......................................................................... 176

4.12 BENEFICIOS DEL PROYECTO ..................................................................... 176

4.12.1 Beneficios en la situacin Con Proyecto- Alternativas I, II y III.......... 176

4.12.2 Beneficios en la situacin Sin Proyecto - Alternativas I, II y III .......... 179

4.13 EVALUACIN PRIVADA DE LAS ALTERNATIVAS ..................................... 179

4.13.1 Premisas de Clculo.............................................................................. 179

4.13.2 Indicadores Econmicos de las Alternativas I, II y III ......................... 180

4.14 EVALUACIN SOCIAL DE LAS ALTERNATIVAS ....................................... 181

4.14.1 Premisas de Clculo.............................................................................. 181

4.14.2 Indicadores Econmicos de las Alternativas I, II y III ......................... 181

4.15 SENSIBILIDAD DE LA RENTIBILIDAD PRIVADA Y SOCIAL DE LAALTERNATIVA SELECCIONADA ............................................................................ 182

4.15.1 Determinacin de las variables relevantes y su rango de variacin.. 182

4.15.2 Anlisis de la sensibilidad de las variables......................................... 183

4.16 ANLISIS DE SOSTENIBILIDAD DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA.184

4.16.1 Organizacin y Capacidad de Gestin................................................. 184

4.16.2 Disponibilidad de Recursos.................................................................. 185

4.16.3 Resultados del Anlisis de Sostenibilidad .......................................... 186

4.17 SENSIBILIDAD DE LA SOSTENIBILIDAD FINANCIERA ............................. 186

4.18 ANLISIS DE RIESGO DE LA RENTABILIDAD ........................................... 187

4.19 ANLISIS DE RIESGO DE LA SOSTENIBILIDAD FINANCIERA ................. 189

4.20 SELECCIN DE LA MEJOR ALTERNATIVA ................................................ 190

4.21 IMPACTO AMBIENTAL DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA............... 190

4.22 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES .............................................................. 192

4.22.1 Cronograma de Ejecucin de Obra...................................................... 192


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4.22.2 Cronograma de Inversiones ................................................................. 192

CAPITULO V ............................................................................................................ 193

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 193

5.1 CONCLUSIONES. .......................................................................................... 193

5.2 RECOMENDACIONES................................................................................... 195

BIBLIOGRAFA ........................................................................................................ 196

Referencia Bibliogrfica. ........................................................................................ 196

Pginas web ............................................................................................................ 196

A Estudio de Demanda. ................................................................................... 197

B Anlisis del Sistema Elctrico. .................................................................... 197

C Inversiones por Alternativas........................................................................ 198

D Clculo de Tarifas de Energa...................................................................... 198

E Cronograma de Ejecucin de Obra ............................................................. 198

F Formulacin y Evaluacin. .......................................................................... 198

ANEXOS

LMINAS Y PLANOS


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LISTA DE CUADROS

Cuadro N1 Subestaciones cerca del rea de influencia del Proyecto.

Cuadro N2 Evolucin Histrica de las Ventas de Energa.

Cuadro N3 PBI del Departamento de Lambayeque (Millones de Soles).

Cuadro N4 Poblacin por Departamentos Censos INEI.

Cuadro N5 Resmenes Modelo Economtrico.

Cuadro N6 Resmenes Modelo de Tendencias.

Cuadro N7 Tasas Promedio por Modelo.

Cuadro N8 Resumen de Registros Histricos de los Alimentadores C-212, C-

217, C-246.

Cuadro N9 Resumen de la Demanda Solicitada por Nuevos Suministros.

Cuadro N10 Nuevas reas de Expansin de los Distritos involucrados en el

rea del Proyecto.

Cuadro N11 Resumen de la Proyeccin de la Demanda Nuevos Suministros.

Cuadro N12 Resumen de la Proyeccin de la Demanda Futuras reas de

Expansin Urbana (kW).

Cuadro N13 Resumen de Proyeccin de Demanda de Potencia por Circuitos

(kW).

Cuadro N14 Resumen de la Proyeccin de Demanda de Potencia por Distritos

(kW).

Cuadro N15 Resumen de la Proyeccin de la Energa del Proyecto.

Cuadro N16 Resumen de la Demanda Actual, Alimentadores C-212, C-217 y

C-246.

Cuadro N17 Balance Oferta - Demanda Alternativas I, II y III.

Cuadro N18 Balance Oferta - Demanda Futura SE Eten.


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Cuadro N19 Balance Oferta - Demanda SE Chiclayo Sur Escenario Optimista.

Cuadro N20 Balance Oferta - Demanda Futura SE Eten, Escenario Optimista.

Cuadro N21 Resultados de Perfiles de Tensiones y Prdidas en la Lnea en 60

kV.

Cuadro N22 Coordenadas UTM de Vrtices de Ruta de Lnea en 60 kV.



Cuadro N25 Precios Privados de las Alternativas.

Cuadro N26 Precios de Compra en Barra sin IGV.

Cuadro N27 Precios de Venta en Barra sin IGV.

Cuadro N28 Indicadores Econmicos Incrementales a Precios Privados-

Evaluacin a 20 aos.

Cuadro N29 Indicadores Econmicos Incrementales a Precios Sociales.

Cuadro N30 Anlisis de Sensibilidad a Precios Privados.

Cuadro N31 Anlisis de Sensibilidad a Precios Sociales.

Cuadro N32 Sostenibilidad del Proyecto.

Cuadro N33 Cronograma de Inversin Segn Metas.


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LISTA DE FIGURAS

Figura N 1 Configuracin del Generador, Bus Ducto y Transformador en unaplanta.

Figura N 2 Aspecto de una Subestacin.

Figura N 3 Vista de una Subestacin de Subtransmisin tipo Intemperie.

Figura N 4 Secuencia del cambio de niveles de tensin.

Figura N 5 Arreglo de una Subestacin Tpica.

Figura N 6 Subestacin aislada en SF6 construida en el stano de un edificio.

Figura N 7 Subestacin en SF6 Tipo Exterior.

Figura N 8 Elementos esenciales de una subestacin elctrica.

Figura N 9 Sub estacin Hibrida.

Figura N 10 Seccin transversal de un interruptor en gran volumen de aceite.

Figura N 11 Construccin del polo de un interruptor de pequeo volumen de

aceite.

Figura N 12 Tablero con interruptor en SF6 o vaco.

Figura N 13 Cuchillas desconectadoras.

Figura N 14 Transformador de potencia.

Figura N 15 Partes componentes de un transformador.

Figura N 16 Partes de un transformador de potencia.

Figura N 17 Tubos radiadores de un transformador de potencia.

Figura N 18 Radiador tubular.

Figura N 19 Diagrama de circulacin de aceite en los tubos radiadores.

Figura N 20 Partes de un transformador de corriente.

Figura N 21 Transformador de potencial para proteccin 3.4 Kv.


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Figura N 22 Caractersticas de proteccin de apartarrayos.

Figura N 23 Apartarrayos de carburo de silicio y de xido metlico.

Figura N 24 Instalacin de apartarrayos.

Figura N 25 Lneas de transmisin, sistema de produccin y utilizacin.

Figura N 26 Seccin transversal de un tipo de conductor trenzado concntrico

estndar.

Figura N 27 Carga de ruptura (Kg/mm2) para diferentes materiales empleados

en la conduccin de Electricidad.

Figura N 28 Conductor ACC.

Figura N 29 Conductor AAAC.

Figura N 30 Conductor ACSR.

Figura N 31 Conductor ACAR.

Figura N 32 Algunos tipos de cables.

Figura N 33 Tipos de cables de potencia.

Figura N 34 Corte transversal de un cable de potencia de 138 kV.

Figura N 35 Corte transversal de un cable de potencia de 600 kV.

Figura N 36 Corte de la seccin transversal de un conductor subacutico.

Figura N 37 Calibres Mnimos en Milmetros cuadrados segn distancia entre

Apoyos.

Figura N 38 Vista Transversal de un conductor Cooperweld.

Figura N 39 Diferentes tipos de aisladores utilizados a lo largo de la historia.

Figura N 40 Cadena de aislador de vidrio, con el detalle de acople.

Figura N 41 Corte transversal de un Aislador de Vidrio.


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Figura N 42 Vista de la seccin Transversal de un Aislador de Materiales

Compuestos.

Figura N 43 Muestra de diferentes tipos de aisladores compuestos.

Figura N 44 Diferencia entre los Aisladores de Vidrio y Porcelana.

Figura N 45 Aislante de Suspensin, Tipo Campana Esprrago.

Figura N 46 Aisladores de Soporte de la Firma PIGA.

Figura N 47 Aislador de Suspensin Tipo Normal.

Figura N 48 Aislador Smog-Type. Ohio Brass Company.

Figura N 49 Postes de Concreto Centrifugado de 60kV.

Figura N 50 Torre de 500kV.

Figura N 51 PBI del Departamento de Lambayeque.

Figura N 52 Precio Medio de la Energa.


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INTRODUCCIN

En el presente trabajo de investigacin se pretende demostrar tcnica y

econmicamente la viabilidad de una alternativa solucin para evitar temidos

problemas como la deficiencia de energa y disminucin del desarrollo

econmico-social en los prximos aos. Sin embargo no parece existir una

explicacin clara de la forma en que podramos mitigar nuestros futuros y

previsibles problemas energticos.

Para analizar esta problemtica de deficiencia de energa, es necesario

mencionar sus causas, como la limitada capacidad de transmisin de las lneas

existentes, la limitada capacidad de los centros de transformacin, falta de

suministros a nuevos clientes, etc.

La investigacin a esta problemtica se realiz por el inters de satisfacer la

demanda de energa elctrica la cual es fuente y base para el crecimiento

econmico-social de la zona, porque permitir el crecimiento industrial,

comercial, minero, etc.

Por otra parte, establecer los indicadores econmicos, y anlisis de sensibilidad

que me permitan conocer la rentabilidad y elasticidad de la alternativa

seleccionada.

Se ha previsto hacer el estudio de VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN

DE LA LINEA DE TRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE

SALIDA 60kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN SECHSUR".

Para atender la demanda alimentando a los circuitos C-212 y C-217.


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El objetivo principal de este proyecto de investigacin es, seleccionar la celda

de salida, la ruta para la construccin de la lnea de transmisin en 60 kV y la

subestacin de potencia 60/22.9/10 kV que me resulte ms viable, haciendo un

anlisis tcnico-econmico a tres opciones posibles para satisfacer esta

necesidad; la primera opcin es construir la Lnea en 60 kV- 4,80 km

SECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO, y SE Chiclayo Sur

60/23/10 kV, la segunda es Reconversin de Lnea de 22,9 a 60 kV - 4,81 km

SECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y SE Chiclayo Sur

60/22.9/10, y la tercera es la construccin de la Lnea en 60 kV - 12,93 km SE

Pomalca-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SE Pomalca y SE Chiclayo Sur

60/22.9/10kV.

El presente proyecto, contiene los siguientes captulos que se hacen mencin:

CAPITULO I.

Se expone el perfil de investigacin, problemas y objetivos.

CAPITULO II.

Se detalla la situacin actual del rea del proyecto, las instalaciones

electromecnicas existentes.

CAPITULO III.

Se presentan bases tericas correspondientes a lneas de transmisin,

subestaciones de potencia, demanda y oferta de energa elctrica.


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CAPITULO IV.

Se presenta la formulacin, la evaluacin y la seleccin de la mejor alternativa.

CAPITULO V.

Se presenta las conclusiones y recomendaciones as como normas aplicadas y

referencias bibliogrficas, finalmente los anexos laminas y planos.


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CAPITULO I

PERFIL DE INVESTIGACIN

1.1 REALIDAD PROBLEMTICA.

La demanda electricidad en el mundo podra subir ms del 70% entre

el 2013 y el 2035, impulsada mayormente por el creciente consumo de

las economas emergentes, segn la Agencia Internacional de Energa

(IEA).

La necesidad del crecimiento econmico por el que viene atravesando

el Per implica un crecimiento dinmico en la demanda energtica. El

BCRP y el MEF estiman tasas de crecimiento del PBI entre 6% y 6.5%

para el perodo 2012-2015, lo que implica crecimientos similares o

incluso mayores en la demanda energtica, pues esta ha venido

registrando una elasticidad-ingreso superior a uno. En efecto, aunque

la demanda mxima de energa elctrica fue de 4,961 MW en el ao

2011, 5,259 MW en el ao 2012 segn el Ministerio de Energa y Minas

(MINEM) , y que sta llegara a 7,480 MW en el 2016, alcanzando un

promedio anual de crecimiento de 8.5% (similar al del periodo 2005-

2011).

El incremento del consumo de energa por la zonas de expansin de

los centros poblados, asentamientos humanos, agroindustria,

agricultura y otras cargas especiales, va incrementado a un nivel mayor

al crecimiento per cpita de la poblacin, ese volumen de energa


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elctrica es cada vez ms en el distrito de Chiclayo departamento de

Lambayeque, contribuyendo da a da a un mayor consumo.

1.1.1 Identificacin del Problema.

Actualmente existe crecimiento elevado de la demanda de energa

elctrica en la ciudad de Chiclayo, principalmente al sur y se necesita

alimentar la expansin de la Zona mediante la extensin de los

circuitos en 10 kV, como el C-217, que alimenta el sector de La

Victoria, la misma que est creciendo por la urbanizacin de terrenos

dedicados a la agricultura.

Por otro lado es necesario atender el crecimiento de la demanda para

un horizonte de 20 aos de los distritos perifricos de Monsef, Eten,

Puerto Eten y Reque que son atendidos por el circuito C-212 en 22,9

kV, los cuales vienen creciendo como consecuencia del desarrollo de la

agricultura y la minera.

La limitada actividad, industrial, minera y empresarial est siendo una

barrera para el desarrollo socioeconmico y esto es debido al

insuficiente abastecimiento de Energa Elctrica para el crecimiento de

cargas en el rea del proyecto; la limitada capacidad de transmisin de

las lneas existentes en 22,9 y 10kV.

1.1.2 Delimitacin del Problema.

El enfoque de este trabajo de investigacin es valorar la importancia de

la energa en la zona, y encontrar alternativas de solucin y

contrastarlas para evaluar la pertinencia de su construccin de tal


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22

manera que me resulte viable, pasando por el balance de lo necesario

y lo existente.

Nos centraremos en la seleccin de la mejor alternativa de solucin

para satisfacer la necesidad de demanda en el rea del proyecto.

1.2 PROBLEMA.

La construccin de la Lnea de Transmisin de 60 kV SECHO-

SECHSUR, celda de salida 60kv en SECHO y subestacin 60/22.9/10

kV en SECHSUR frente a otras alternativas, influye en el insuficiente

abastecimiento de Energa Elctrica para la zona Sur de Chiclayo?.

1.3 HIPOTESIS.

La construccin de la Lnea de Transmisin de 60 kV SECHO-

SECHSUR, celda de salida 60kv en SECHO y subestacin 60/22.9/10

kV en SECHSUR frente a otras alternativas si influye positivamente en

el insuficiente abastecimiento de Energa Elctrica para la zona Sur de

Chiclayo.

1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA.

La energa elctrica es muy importante en la vida del ser humano, con

la electricidad se establece una serie de comodidades que con el

transcurso de los aos se van haciendo indispensables.


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La energa elctrica tiene una gran demanda en la parte sur de

Chiclayo y radica la importancia en el desarrollo de la sociedad, su uso

hace posible la automatizacin de la produccin que aumenta la

productividad y mejora las condiciones de vida.

En el presente proyecto se demostrara la viabilidad Tcnica

Econmica que me resulta la construccin de la Lnea de Transmisin

de 60 kV SECHO-SECHSUR, celda de salida 60kV en SECHO y

subestacin 60/22.9/10 en SECHSUR, tanto a precios privados como a

precios sociales, se demostrara los beneficios del proyecto, la

sensibilidad de la rentabilidad, y se har un anlisis de sostenibilidad

de la alternativa seleccionada.

1.5 OBJETIVOS.

1.5.1 Objetivo General.

El objetivo del presente trabajo de investigacin es mostrar la viablidad

tcnica econmica de la construccin de la lnea de transmisin en 60

kV, Celda de salida 60kV y la Subestacin de Potencia 60/22.9/10,

para brindar un abastecimiento suficiente de energa elctrica en el

rea del proyecto, de forma continua y confiable, ofreciendo nuevas

oportunidades de desarrollo al sector productivo, industrial, pesquero,

comercial y residencial de la zona Sur de Chiclayo.


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1.5.2 Objetivo Especfico.

Obtener la opcin ms rentable para la construccin de la lnea de

transmisin en 60 kV, Celda de salida 60kV y la Subestacin de

Potencia 60/22.9/10 kV.

Evaluar la viabilidad de la construccin de la Lnea de Transmisin

de 60 kV SECHO-SECHSUR, celda de salida 60kv en SECHO y

subestacin 60/22.9/10 kV en SECHSUR.

La oferta de Energa Elctrica es superior a la demanda para un

horizonte de 20 aos.

Indicadores econmicos muestran rentabilidad.

1.6 ALCANCES.

La subestacin de potencia Chiclayo Sur SECHSUR 60/23/10 kV

25/16/29 MVA., se ubicara en el centro de carga.

Sistema de Control y Comunicaciones (desde el Centro de Control

de Chiclayo - SCADA).

Se seleccionara la celda de salida y la ruta de la lnea de transmisin

haciendo una comparacin a tres alternativas.

Se evaluara tcnica y econmicamente si la alternativa seleccionada

es viable.

Los clculos se harn en relacin a la oferta y demanda de energa

elctrica existente en la zona y pronosticndolo por un horizonte de

20 aos.


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25

Actualmente en Chiclayo la demanda elctrica se cubre por medio

de las subestaciones de potencia SECHO y SECHNOR.

Los precios de los materiales para este proyecto sern cotizados y

estimados.

1.7 MATERIALES Y EQUIPOS.

Nmero de clientes, fuente Electronorte S.A.

Ventas de energa por tipo de tarifas, fuente Electronorte S.A.

Demanda de potencia por Sub Estaciones, fuente Electronorte

S.A.

Registro histrico de Potencia y Energa por alimentadores, fuente

Electronorte S.A.

Diagrama de cargas por alimentador, fuente Electronorte S.A.

Factibilidades de Suministro solicitadas en el rea de influencia del

proyecto, fuente Electronorte S.A.

Mapa de Densidad de Carga - Sistema Elctrico Chiclayo: Distritos

La Victoria, Monsef, Eten, Puerto Eten y Reque.

Poblacin total por departamento segn censos nacionales, fuente

INEI.

Datos actuales del Sistema Nacional de Inversin Pblica (SNIP).

Producto bruto interno (PBI) por departamentos, fuente APOYO.

Datos de condiciones meteorolgicas, fuente SENAMHI.

Reglamento Interno de Seguridad y Salud en el Trabajo, fuente -

Electronorte S.A.


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26

Prestacin de servicios a terceros como; movilidad, herramientas

electromecnicas y equipos de proteccin personal (EPP).

Tecnologa Grafica, de clculo, de documentacin aplicado por

computadora. Donde se trabaja con tcnicas de diseo, estadstica

y Matemticas.

1.8 MTODOS.

La metodologa que se utiliz en este anlisis de viabilidad es el

mtodo descriptivo, porque se utiliza para recoger, organizar, resumir,

presentar, analizar, generalizar, los resultados en algn punto del

tiempo.

En este proyecto la investigacin descriptiva ha resultado ser ms clara

utilizando la estadstica descriptiva; este mtodo implica la recopilacin

y procesamiento de datos de manera sistemtica, medir tendencias,

iluminar reas prometedoras para investigacin futura y brindar ideas

claras a una determinada situacin.

La estadstica descriptiva puede presentar informacin cuantitativa en

una forma manejable, proporcionando resmenes sencillos. Las

herramientas estadsticas tambin pueden asistir en la creacin de

grficos para la visualizacin de los datos.


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27

CAPITULO II

SITUACIN ACTUAL

2.1 DESCRIPCIN DEL LUGAR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN.

2.2.1 Ubicacin.

La construccin de la Lnea de Transmisin 60 kV SECHO -

SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y Subestacin 60/22.9/10

kV en SECHSUR, se ubicara dentro de la zona urbana, entre los

distritos de Chiclayo y La Victoria, de la provincia de Chiclayo, del

departamento de Lambayeque, a lo largo de la avenida de Evitamiento

Sur, su prolongacin y la avenida Grau; a una altitud media de 30

msnm. A continuacin se detalla la ubicacin de las subestaciones

relacionadas con el proyecto, mediante coordenadas UTM WGS84-

17M.

Cuadro N1 Subestaciones cerca del rea de influencia del

Proyecto

Subestacin UTM X UTM - YChiclayo Oeste 624 790 9 250 261

Chiclayo Sur proyectada 626 654 9246 138

2.2.2 Vas de Acceso.

Las vas de acceso principales al rea del proyecto son las siguientes:


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Va Terrestre: Carretera Asfaltada Panamericana Norte Lima

Chiclayo.

Va Area: Lima Chiclayo.

2.2.3 Caractersticas Climticas y Geogrficas.

Las mximas temperaturas registradas en el distrito de Chiclayo son:

con mayor intensidad en los meses de verano con un mximo de 27C

y con menor intensidad en los meses de invierno, registrndose un

mnimo de 14,4 C en el mes de agosto.

La humedad relativa es variada, con una media mensual que vara

entre 61 y 82 %.

Los datos para los principales elementos meteorolgicos, que se

presentan a continuacin, fueron obtenidos de la estacin

meteorolgica Chiclayo, a 3,5km de la ciudad, de latitud -06 78,

longitud 079 81, altitud 30 msnm., ubicada en las cercanas del rea

del emplazamiento del proyecto.

A continuacin se presentan las caractersticas principales

climatolgicas de la zona del proyecto:

Ubicacin de la estacin : Chiclayo; 30 msnm.

Temperatura Mxima Media : 27 C.

Temperatura Promedio : 19,0 C.

Temperatura Mnima Media : 14,4 C.

Humedad Relativa Mxima : 82 %.

Velocidad Mxima Absoluta de viento : 35,64 km/h.


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2.2 DESCRIPCIN DE LA SITUACIN ACTUAL.

Actualmente el suministro para la zona sur de Chiclayo proviene de las

subestaciones Chiclayo Oeste-SECHO y Chiclayo Norte-SECHNOR, a

travs de los alimentadores C-212, C-217 y C-246 respectivamente; el

primero en 22,9 kV alimenta a los distritos perifricos de Monsef,

Ciudad Eten, Puerto Eten y Reque, y la carga de Petroper. Por otro

lado, ENSA tiene solicitudes de suministro elctrico en el rea del

proyecto de unos 5,65 MW que no se pueden atender con las

instalaciones existentes, ni se podra cubrir el crecimiento de la

demanda por la expansin del sur de la ciudad de Chiclayo, por el

proceso de urbanizacin de los terrenos de cultivo.

Otro punto importante es que las dos subestaciones antes

mencionadas, las cuales alimentan a los distritos al sur de la ciudad,

se encuentran alejadas del centro de carga, as por ejemplo se tiene de

SECHO unos 11 km hasta Monsef, 14.6 km a Puerto Eten, 18 km a

Reque, y 20.5 km hasta la carga de Petro Per. Asimismo el

alimentador C-246 de la Subestacin SECHNOR tiene una longitud de

10.5 km hasta su carga final.

Por otro lado, debido al crecimiento de la demanda de los distritos

perifricos de Monsef, Eten, Puerto Eten y Reque, relacionados con el

crecimiento de la agricultura, agroindustria, pesquera, y minera, como

la carga de 6/14 MW inicial/final de la empresa minera Lumina que

tiene previsto a 8 km de Puerto Eten, es necesario que la SECHSUR

est prevista para atender inicialmente el crecimiento de estas cargas


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en 60 y 22,9 kV, aparte del crecimiento del sur de la ciudad de Chiclayo

en 10 kV.

El suministro actual en 22,9 y 10 kV que se viene extendiendo tiene

dificultades para cumplir con la NTCSE, afectando la calidad y

confiabilidad de los usuarios que cuentan con servicio elctrico, no

siendo factible atender la demanda de 5,65 MW solicitada por los

clientes.

2.3 DESCRIPCCIN DE LAS INSTALACIONES ELCTRICAS

EXISTENTES.

2.3.1 Subestacin Chiclayo Oeste SECHO 220/60/10 Kv

2x50/50/0.25 MVA.

La SECHO se ubica dentro de las coordenadas UTM 17 M 624 758E 9

250 326 N, 624 906E 9 250 163 N, 625 928E 9 250 272 N, 624 873E 9

250 418 N, en la va Evitamiento al Sur de la ciudad de Chiclayo. Como

componentes en transmisin tenemos:

La SECHO cuenta una barra en 220 kV a la cual se conectan los

circuitos L-2236, L-2238 y L-2240 conectando a travs de ellas las

subestaciones Guadalupe, La Via (Bayobar) y Carhuaquero

respectivamente.

En la barra en 60 kV se conectan lo siguiente:

Circuito L-6032, para la SE Lambayeque-SE Illimo.

Circuito L-6033, para la SE La Via, SE Motupe, SE Olmos y SE

Occidente.


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Circuitos L-6012 y L-6022 (SE Chiclayo Norte) mediante una lnea

en doble terna.

Dos (2) circuitos proyectados, uno para la SE Lambayeque y otro

para la SE Chiclayo Sur-SECHSUR (en etapa de estudios).

La SECHO tiene como propietarios a REP (220 y 60 kV) y ENSA (60,

22,9 y 10 kV), actualmente cuenta con dos (2) transformadores

220/60/10 kV - 50/50/0,25 MVA, instalados en el ao 1983, dichos

transformadores se encuentran al borde de su capacidad debido a que

la demanda actual de todo el sistema atendido por SECHO es de

aproximadamente 116 MW, Osinergmin ha aprob mediante Informe N

203-2009-GART en el ao (2010), donde se consider la inversin en

un transformador adicional para SECHO de 220/60/10 kV-100/100/20

MVA, descrito en el Estudio para la Determinac in del Plan de

Inversiones en Transmisin en el rea de demanda 2 periodo 2009-

2013, cuya titularidad no ha sido determinada, pero se requiere su

implementacin para garantizar la oferta del sistema elctrico.

Con la implementacin de este transformador y considerando las

proyecciones de demanda para los aos 2009-2019 realizada por el

Osinergmin de los sistemas elctricos atendidos por la SECHO

(metodologa y sustento mediante informe N 203-2009-GART), se ha

realizara lo siguiente:

Proyeccin de demanda hasta el ao 2032.

Determinacin de la Oferta adicional en la SECHO para cubrir la

demanda.


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Balance de Oferta-Demanda para los aos 2013-2032.

Los resultados obtenidos se muestran en el Anexo N A.13, cuyas

conclusiones son las siguientes:

La SECHO cuenta con dos (2) transformadores de 50 MVA

existentes, ms el transformador de 100 MVA considerado por el

Osinergmin en el ao 2013, con lo que la SECHO tendra una oferta

total de 190 MW.

La proyeccin de la demanda de la SECHO para el ao 2032 es de

347 MW, lo que significa que la SECHO requiere de la

implementacin de una oferta adicional de unos 200 MW.

Para cubrir el dficit se plantea el reemplazo de los dos (2)

transformadores existentes de 50/50/0,25 MVA a 150/150/20 MVA,

debido a que estos fueron instalados en el ao 1983 cumplirn con

su vida til en el ao 2014.

El primer reemplazo se requiere para el 2024.

El segundo reemplazo se requiere para el 2030.

Con el equipamiento adicional previsto se cubrira la demanda

proyectada hasta el ao 2032.

2.3.2 Subestacin Chiclayo Norte SECHNOR 60/10 kV 28/35 MVA

ONAN-ONAF.

La SE Chiclayo Norte ubicada en las cercanas de la zona urbana de la

cuidad de Chiclayo actualmente cuenta con dos transformadores de


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potencia 60x8x1,25%/10kV-14/17,5 MVA. Cuenta con dos barras en

10kV las cuales enlazan mediante una celda de acoplamiento, en total

cuanta con diez celdas tipo interior instalados en el edificio de control,

C-245, C-234, C-246, C-247, C-233, C-244, C-248, C-238, C-236 y

EPSEL. (De estos el alimentador C-246, alimenta al rea del proyecto).

Asimismo cuenta con transformador Zig-Zag de 200kVA y una

resistencia serie conectada a tierra de 22,6 Ohm.

2.3.3 Subestacin Pomalca SEPOM 60/22.9/10 Kv 7/7/2 MVA.

La SE Pomalca est ubicada en el distrito del mismo nombre,

conectada en 60kV a la SE Chiclayo Norte a travs de la lnea L-6051.

Actualmente cuenta con un transformador de potencia 60/22,9/10kV-

7/7/2 MVA. Cuenta con dos barras en 22,9 y 10kV las cuales alimentan

a las cargas del distrito de Pomalca y clientes libres en 22,9kV.


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CAPITULO III

FUNDAMENTO TEORICO

3.1 SUBESTACIONES ELCTRICAS.

Una subestacin elctrica es un arreglo de componentes elctricos que

incluyen barras, transformadores de potencia, interruptores, cuchillas

desconectadoras, auxiliares, etc. Las subestaciones pueden estar

localizadas en las centrales elctricas (elevadoras), en los sistemas de

transmisin y distribucin, y en las instalaciones de los consumidores,

en principio tienen arreglos y componentes similares.

Bsicamente una subestacin elctrica consiste de un nmero de

circuitos entrantes y salientes conectados a un sistema de barras

comn que son conductoras. Cada circuito tiene un cierto nmero de

componentes elctricos tales como: interruptores, cuchillas

desconectadoras, transformadores de potencia, transformadores de

corriente, transformadores de potencial, etc. Todos estos componentes

estn conectados en una secuencia definida, de manera que un circuito

se puede desconectar durante la operacin por medio de control

normal y tambin en forma automtica durante las condiciones

anormales de operacin, como por ejemplo un cortocircuito.

Las subestaciones de potencia son parte integral de un sistema de

potencia y forma eslabones importantes entre las centrales de

generacin, los sistemas de transmisin, los sistemas de distribucin y

las cargas o usuarios , sus funciones principales son las siguientes:


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Alimentar o proporcionar la potencia elctrica requerida por los

consumidores en forma continua e interrumpida.

Cubrir geomtricamente lo mximo que requiere el suministro de la

red.

Dar la mxima seguridad del suministro.

Acortar lo ms posible la duracin de las fallas.

Contribuir con la mxima eficiencia de las plantas y de la red.

Alimentar la potencia elctrica dentro de los lmites especificados del

voltaje.

Tambin se puede incluir como funciones de las subestaciones, entre

otras a las siguientes:

Aislar un elemento en falla del resto del sistema.

Permitir que un elemento se pueda desconectar el resto del sistema,

para mantenimiento o reparacin.

Para cambiar o transformar los niveles de voltaje de una parte a otra

de un sistema de un sistema o instalacin.

Para controlar el flujo de potencia en el sistema metiendo o sacando

elementos del mismo, mediante acciones de switcteo.

Para proporcionar datos concernientes a los parmetros (voltaje,

flujo de corriente, flujo de potencia) para su uso en la operacin del

sistema.

Para fines de estudio, las subestaciones elctricas tambin se pueden

agrupar como:


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a) Subestaciones elevadoras.

Estas subestaciones se construyen normalmente como parte de las

centrales generadores de energa elctrica, cuya funcin es elevar los

niveles de tensin proporcionados por los generadores para transmitir

la potencia generada a los puntos de interconexin de la red a los

grandes centros de consumo. En la siguiente figura, se muestra un

esquema funcional de estas subestaciones.

Figura N 1 Configuracin del Generador, Bus Ducto y

Transformador en una planta

b) Subestacin receptora de transmisin.

Es aquella que se construye en la proximidad de los grandes bloques

de carga y est conectada a travs de lneas de transmisin. La


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subestacin central de transmisin es otra subestacin receptora

intermedia.

Figura N 2 Aspecto de una Subestacin

c) Subestacin de subtransmisin.

Es aquella construida en general en el centro de los grandes bloques

de carga, est alimentada por la subestacin receptora, de donde sales

los alimentadores de distribucin primarios, alimentando directamente

los transformadores de distribucin y/o las subestaciones del

consumidor.


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Figura N 3 Vista de una Subestacin de Subtransmisin tipo

Intemperie

d) Subestacin del consumidor.

Generalmente son aquellas construidas en propiedades particulares,

alimentadas por medio de alimentadores de distribucin primaria, que

parten de las subestaciones de subtransmisin y que alimentan los

puntos finales de consumo.

Figura N 4 Secuencia del cambio de niveles de tensin


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3.2.1 Tipos de subestaciones.

Las subestaciones elctricas pueden ser clasificadas en distintas

formas, incluyendo las siguientes.

Clasificacin basada en el nivel de tensin. Por ejemplo.

Subestaciones de extra alta tensin (>100kV), de alta (>30 kV y

1 kV y


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Subestaciones de carga o propsitos especficos (para hornos de

arco elctrico, etc.)

3.2.2 Caractersticas esenciales de una subestacin.

Una subestacin de corriente alterna tiene las siguientes partes:

rea de equipo primario en corriente alterna (rea para

transformadores de potencia, transformadores de instrumento,

interruptores, cuchillas desconectadoras, apartarrayos, etc.) Caseta o cuarto de control.

rea o caseta (puede ser la misma de control) para sistemas

auxiliares en corriente alterna de bajo voltaje y en corriente directa.

Cada subestacin elctrica se disea por separado sobre la base de

sus requerimientos funcionales, capacidades, condiciones locales, etc.

Sin embargo, los principios y requerimientos tcnicos bsicos de todo

tipo de subestaciones elctricas son similares y la subestacin se

disea sobre las bases de estos requerimientos y las experiencias

previas.

En la siguiente figura, se muestra las caractersticas esenciales que

debe tener una subestacin elctrica aislada al aire, en esta se indican

solo los elementos como una referencia, ms adelante se mencionaran

los equipos.


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Figura N 5 Arreglo de una Subestacin Tpica

Figura N 6 Subestacin aislada en SF6 construida en el stano de

un edificio


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Figura N 7 Subestacin en SF6 Tipo Exterior

Figura N 8 Elementos esenciales de una subestacin elctrica


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Las subestaciones hibridas estn constituidas por una parte aislada en

aire y la otra en SF6 , por lo general esto se da en las ampliaciones de

las subestaciones convencionales aisladas en aire, donde por falta de

espacio suficiente se dificultan las ampliaciones, y entonces los

mdulos adicionales se pueden incorporar con SF6. Esta solucin es

por lo general se da en las subestaciones en alta tensin.

Figura N 9 Sub estacin Hibrida


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3.2.3 Partes y equipos de las subestaciones elctricas.

Una subestacin aislada en aire y del tipo alta tensin, puede ser la

referencia para establecer las partes principales y el equipo asociado

en una subestacin, ya que es la que tiene la mayor cantidad de

componentes.

rea exterior de la Subestacin:

Lneas entrantes.

Lneas salientes.

Barras.

Transformadores.

Aisladores.

Equipo primario como: transformadores de potencia, interruptores,

aisladores, cuchillas desconectadoras, chuchillas de puesta a

tierra, apartarrayos, transformadores de potencial,

transformadores de corriente.

Sistema de conexin a tierra y red de tierras.

Blindaje.

Estructuras.

Cables de potencia.

Equipo de control.

Equipo y sistema de comunicaciones.

Cables de control.

Alumbrado.


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Edificio de oficinas:

Edificio administrativo

rea de baja tensin:

Equipo de baja tensin (interruptores, cuchillas desconectadoras,

transformadores de instrumento, etc.).

Tableros de control, proteccin y medicin.

Sala de bateras y distribucin en corriente directa y otras

auxiliares:

Sistema de bateras y equipos de carga de bateras.

Equipo contra incendios.

Sistema de alumbrado.

Sistema de purificacin de aceite.

Sistemas de proteccin:

Sistema de enfriamiento.

Sistema telefnico.

Taller y almacn.

Cableado para relevadores.

3.2.1.1 Barras

Su funcin es conectar los circuitos entrantes y salientes de la

subestacin.


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3.2.1.2 Interruptores.

Su funcin es la conexin y desconexin automtica durante

condiciones de operacin normales o anormales (cortocircuito). Se

construyen para alta tensin, media y baja tensin. Se pueden clasificar

en la forma ms comn, por la manera en como extingue el arco

elctrico, y pueden ser:

En Alta y Extra Tensin: interruptores en gran volumen de aceite,

interruptores en pequeo volumen de aceite, interruptores neumticos,

interruptores en hexafloruro de azufre (SF6).

En Media y Baja Tensin: Gran volumen de aceite, en vaco, en aire

con soplo magntico, interruptores termomagnticos, interruptores

electromagnticos.

Figura N 10 Seccin transversal de un interruptor en gran volumen

de aceite


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Figura N 11 Construccin del polo de un interruptor de pequeo

volumen de aceite

Particularidades tcnicas de los interruptores.

Tipo del medio de extincin del arco.

Voltaje Nominal: Este corresponde al voltaje ms alto de operacin

(a la frecuencia del sistema) entre fases (fase a fase), por ejemplo.

2.4 kV, 7.2 kV, 15 kV, 3.6 kV, 72.5 kV, 123 kV, 245 kV, 420 kV.

Capacidad interruptiva: por ejemplo 10 KA, 20 KA, 40 KA, 50 KA.

Otras caractersticas nominales:

Corriente nominal (2000A, 3000A, etc).

Frecuencia nominal: por ejemplo 60 Hz por ejemplo.

Tensin resistente al impulso (nivel bsico de aislamiento al

impulso) kV.


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Corriente de tiempo Corto (1 seg.), por ejemplo: 31.5 KA, 40KA,

etc.

Tipo de construccin:

Tipo interior metal clad.

Tipo exterior.

Metal clad aislado en SF6 .

Tipo de mecanismo de operacin, por ejemplo: 2 ciclos, 3 ciclos, 5

ciclos.

Forma estructural: tanque vivo (interruptor contenido en porcelana),

tanque muerto (interruptor contenido en tanque metlico al potencial

de la tierra).

Figura N 12 Tablero con interruptor en SF6 o vaco.


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3.2.1.3 Cuchillas Desconectadoras.

Su funcin es la desconexin de circuitos y/o partes de la instalacin en

condiciones de vaco, por seguridad y para aislamiento fsico o

mantenimiento. Existen varios tipos de cuchillas en cuanto a diseo se

refiere, con variantes por aplicacin por nivel de tensin o

funcionalidad, pero en general la mayora de la variantes se encuentra

en alta tensin y extra alta tensin, y su mayor efecto en el diseo de

las subestaciones elctricas, adems del arreglo de las barras de la

subestacin en las dimensiones fsicas. Algunos de los tipos de

cuchillas desconectadoras de uso ms comn en las subestaciones

aisladas en aire se muestran a continuacin.

Figura N 13 Cuchillas desconectadoras


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3.2.1.4 Cuchillas desconectadoras y cuchillas de puesta a tierra.

Como ya se mencion antes, las cuchillas desconectadoras se usan

para la desconexin de circuitos bajo condiciones de vaco (sin carga),

se instalan de tal manera que se puede aislar una parte de otra de la

subestacin, quedando separadas las partes vivas o energizadas para

propsitos de mantenimiento de la subestacin, por esta razn se

deben proporcionar para el diseo los aisladores adecuados.

Desconectadores con carga. En adicin a las cuchillas

desconectadoras y a los interruptores hay un equipo denominado

desconectador con carga, el cual combina las funciones de una cuchilla

desconectadora y un switch, ya que es capaz de desconectar

corrientes de sobrecarga, de carga y tiene capacidad para cerrar sobre

cortocircuito.

Cuchillas de puesta a tierra. Las cuchillas de puesta a tierra se

desconectan entre el conductor de lnea y tierra, normalmente estn

abiertas; cuando la lnea se desconecta, la cuchilla de puesta a tierra

se desconecta de manera que descarga el voltaje atrapado en la

capacitancia de la lnea hacia la tierra.

Cuando la lnea esta desconectada se tiene algn voltaje sobre la lnea

a la cual la capacitancia entre la lnea y tierra esta descargada. Este

voltaje es significativo en los sistemas de alta tensin. Antes de iniciar

con los trabajos de mantenimiento se debe descargar el voltaje

cerrando la cuchilla de puesta a tierra.


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3.2.1.5 Transformador de potencia.

Los transformadores de potencia son necesarios entre niveles de

voltaje consecutivos para elevar o reducir niveles de voltaje decorriente alterna.

La potencia de los transformadores se expresa en KVA o en los muy

grandes en MVA y se cubre un amplio rango, dgase de 5KVA a 650

MVA. Los transformadores muy grandes (250MVA a 650MVA) por lo

general se instalan en las centrales elctricas. Los transformadoresmuy pequeos de unos pocos (VA) se usan normalmente en circuitos

de baja tensin, la seleccin de la potencia KVA de un transformador

en una instalacin particular, depende de los KVA de la carga.

Los transformadores se disean y se construyen en varios tamaos,

desde unos pocos KVA hasta varios cientos de MVA, desde baja

tensin, hasta extra alta tensin y ultra alta tensin (765 kV, 1000 kV,

12000kV).

Figura N 14 Transformador de potencia


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Figura N 15 Partes componentes de un transformador

1. Boquillas primarias.2. Boquillas secundarias.3. Vlvula de drenaje con conexin para el filtro, prensa y filtrado de

lquido aislante.4. Termmetro indicador.5. Indicador de nivel magntico.6. Terminal de conexin a tierra.

7. Secador de aire con slica gel.8. Relevador duchholz.


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9. Ruedas orientables.10. Apoyo de gatos.11. Ganchos de sujecin del transformador.12. Ojales de suspensin.13. Salida de drenaje.

14. Tapa de inspeccin.15. Vlvula de seguridad.16. Caja de proteccin.17. Placa de caractersticas.18. Tapn de llenado.19. Caja de proteccin de las terminales de los aparatos auxiliares.20. Control o mando externo del cambiador de derivacin.21. Tanque conservador del lquido aislante.

Para especificar un transformador se requieren los siguientes datos

esenciales:

Numero de fases y numero de devanados por fase.

Frecuencia.

Conexiones (por ejemplo: doble devanado, grupo vectorial).

Mtodo de enfriamiento (por ejemplo: OA, OA/FA, etc.)

Relacin de voltajes (en vaco).

Requerimientos de cambiador de derivaciones.

Voltaje nominal de cada devanado.

Niveles de aislamiento de los devanados.

Norma de referencia.

Los transformadores estn instalados, ya sea en exterior o interior.

Algunos transformadores de distribucin son exteriores tipo poste. Los


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aspectos de instalacin del transformador se deben considerar en la

fase de planeacin y proyecto.

Requerimientos de carga y aspectos de aplicacin.

Condiciones ambientales del local, temperatura ambiente, lluvia,

polvo, etc.

Arreglo de la subestacin, niveles de voltaje, niveles de falla.

Facilidades de transporte, caminos, etc., entre el punto de

embargue del fabricante y el sitio final. Carreteras, permisos de

ferrocarril (en su caso), disponibilidad de los triler apropiados,

vagones, etc.

Requerimientos de ingeniera civil, tales como el cuarto de control,

cimentaciones, trincheras para cables, aspectos de ventilacin, etc.

Se deben obtener los datos referentes a los requerimientos de

transporte y facilidades de manejo, esta informacin incluye:

dimensiones generales, peso, arreglos necesarios para ser levantados,

facilidades de transporte, ruta de transporte, caminos, puentes, curvas,

etc. Si se trata de ferrocarril, los requerimientos de ruta, de vagones

especiales, etc.

Los transformadores trifsicos se construyen como una sola unidad

trifsica, hasta una cierta potencia en MVA (por lo general, el mximo

para algunos fabricantes es 650 MVA), arriba de tal potencia se usan

unidades monofsicos para formar bancos trifsicos. En ciertos casos,


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Figura N 16 Partes de un transformador de potencia


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a. Sistemas de enfriamiento para transformadores de potencia.

Los sistemas de enfriamiento son necesarios para disipar el calor

generado en el transformador debido a las prdidas de carga. Los

distintos tipos e sistemas de enfriamiento se mencionan a continuacin:

Enfriamiento OA (Aceite y Aire natural). Este tipo de enfriamiento es

ampliamente usado para transformadores hasta de 30MVA, en estos

transformadores se equipan con paneles de tubos radiadores para la

circulacin del aceite, y de esta manera un rea de contacto con el aire

circulante.

Enfriamiento OA/FA (Aceite y Aire con circulacin forzada de aire).

Este tipo de enfriamiento se usa con frecuencia en transformadores de

entre 30MVA y 60MVA, los paneles que tiene tubos radiadores que

equipan con ventiladores de enfriamiento. Los ventiladores se arrancan

durante las cargas elevadas nicamente.

Enfriamiento FOA (Circulacin de aire forzado y circulacin

forzada de aceite). Este mtodo no es muy comn, se usa en

transformadores de potencia mayores de 60 MVA, especialmente los

usados en centrales elctricas como transformadores elevadores. El

aceite se hace circular a travs de enfriadores; estos tienen una cara

de enfriamiento para intercambiar el calor del aceite al aire.


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Enfriamiento FA (Aire natural forzado). En este caso el aire del

medio ambiente se usa para enfriamiento, este mtodo se puede usar

en transformadores que no usan aceite (transformadores tipo seco) en

potencias que no exceden a los 1500 KVA.

Figura N 17 Tubos radiadores de un transformador de potencia


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Figura N 18 Radiador tubular

Figura N 19 Diagrama de circulacin de aceite en los tubos

radiadores


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3.2.1.6 Transformadores de corriente.

a. Tipos de transformadores de corriente.

Desde el punto de vista de aplicacin, hay dos tipos de

transformadores de corriente.

Transformadores de corriente de medicin, usados para propsitos

de medicin.

Transformadores de proteccin usados para sistemas de control y

proteccin; se emplean para: proteccin contra sobrecorrientes,

proteccin contra falla a tierra, proteccin diferencial, proteccin de

distancia, etc.

Los transformadores de corriente de medicin se usan para alimentar

amprmetros, wttmetros, vrmetros, medidores de KWh.

b. Caractersticas nominales de los transformadores de corriente.

Corriente nominal primaria.

Corriente nominal primaria de corto tiempo.

Corriente nominal secundaria.

Corriente de excitacin nominal.

Burden nominal.

Error de corriente o error de relacin.

Error de ngulo de fase.

Error compuesto.

Clases de precisin.

Factor de sobrecorriente.

Nivel de aislamiento del devanado primario.


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Figura N 20 Partes de un transformador de corriente

1. Domo de aluminio.2. Membrana.3. Indicador del nivel de aceite.4. Limitador de sobretensin.5. Barras de conexin.6. Bornes primarios.7. Devanado primario.8. Devanados secundarios.9. Aislamiento papel-aceite.10. Cabeza encapsulada en resina.11. Brida superior de fijacin del aislador.

12. Aislador de porcelana.13. Aceite aislante.


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14. Electrodo baja tensin.15. Conexiones secundarias.16. Brida inferior.17. Base.18. Caja de bornes de baja tensin.

3.2.1.7 Transformadores de potencial.

Los transformadores de potencial (o de voltaje) son usados para

proteccin y medicin, y pueden ser tambin para proteccin o para

medicin, se construyen monofsicos y trifsicos, son necesarios para

alimentar esquemas de proteccin de voltaje, direccionales de

distancia, etc.

El devanado del transformador de potencial se conecta directamente al

circuito de potencia entre fase y tierra dependiendo de voltaje nominal y

de la aplicacin. La capacidad en VA del transformador de potencial es

prcticamente despreciable comparada con los transformadores de

potencia.

Hay tres tipos de transformadores de potencial:

Transformadores de potencial tipo induccin electromagntica.

En los cuales los devanados primario y secundario estn devanados

sobre un ncleo magntico, como en cualquier transformador

comn.


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Transformador de potencial tipo capacitivo.

En los cuales el voltaje primario se aplica a un grupo de capacitores

en serie. El voltaje a travs de un capacitor se toma como un

transformador de voltaje auxiliar, el secundario del transformador de

voltaje auxiliar se toma para medicin y proteccin.

Transformador de potencial capacitivo de acoplamiento.

Este sirve como una combinacin de un transformador de tipo

induccin con capacitor de acoplamiento.

a. Especificaciones para transformadores de potencial.

Para la seleccin de un transformador de potencial se deben

considerar los siguientes aspectos.

Voltaje nominal primario.

Voltaje nominal secundario.

Burden nominal.

Frecuencia del sistema al que se conectara.

Numero de fases.

Clases de precisin.

Nivel de aislamiento.

Dimensiones lmite, tipo de construccin, etc.


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Figura N 21 Transformador de potencial para proteccin 3.4 kV


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3.2.1.8 Apartarrayos.

Los apartarrayos son equipos que derivan las ondas transitorias de

sobreproteccin a tierra y protege al equipo de la subestacin de las

sobretensiones por rayo y por maniobra de interruptores (apertura y/o

cierre de interruptores). Hay dos tipos de diseos: apartarrayos

convencionales con gap o autovalvulares y apartarrayos de xido

metlico (ZnO).

a. Apartarrayos convencionales o tipo autovalvular.

El apartarrayos se conecta entre lnea y tierra, de hecho, es el primer

aparato que se ve desde la llegada de la lnea de transmisin, consiste

bsicamente de elementos resistores en serie con elementos tipo gap

(entrehierros). Los resistores ofrecen una resistencia no lineal, de tal

forma que a la frecuencia normal del sistema el valor de la resistencia

es alto, para la descarga de corriente la resistencia es baja.

Las unidades de gap consisten de entrehierros de longitud apropiada,

durante la operacin con voltajes normales, el apartarrayos no

conduce. Cuando una onda de sobretensin se desplaza por la lnea

entrante, el gap arquea y conduce. Cuando se desliza la resistencia, se

hace de valor bajo y la onda de alta tensin se descarga a tierra, y

aparee nuevamente el voltaje normal a la frecuencia del sistema. Entre

las terminales del apartarrayos, la resistencia que presentan los

resistores a este voltaje es muy alta, por lo tanto, la corriente de arco


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se reduce y el voltaje a travs del gap no es suficiente como para

mantener el arco.

La relacin entre el voltaje (V) y la corriente (I) est dada por una

ecuacin como la siguiente:

Dnde:

B : 5 a 8 para apartarrayos de carburode silicio (autovalvulares) y de

30 a 40 para ZnO.

K : Constante.

Figura N 22 Caractersticas de proteccin de apartarrayos


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En la figura anterior, se ilustra la operacin de un apartarrayos. Cuando

una onda de sobretensin se desplaza a travs de una lnea de

transmisin, llega a la terminal del apartarrayos a un valor de tensin

determinado (valor instantneo), dependiendo de la pendiente del

frente de onda, el apartarrayos descarga este valor de tensin se llama

impulso de sobretensin o voltaje de descarga del apartarrayos.

De esta manera, la onda se induce a tierra y el aislamiento del lado de

la subestacin no se somete al valor de voltaje.

Despus que el apartarrayos descarga, el voltaje a travs del mismo no

se hace cero, debido a que hay una cada de voltaje a travs de los

resistores en serie, quedando un voltaje residual durante un tiempo

breve.


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En seguida de un tiempo corto, del orden de algunos microsegundos,

cuando la onda descarga, aparece el voltaje normal a la frecuencia del

sistema.

b. Apartarrayos de xido metlico (MOA)

Estos apartarrayos se conocen tambin como apartarrayos de xido de

zinc (ZnO) y estn construidos con elementos que son principalmente

de xido de zinc, y a diferencia de los apartarrayos autovalvulares, no

requieren de gaps en serie.

Figura N 23 Apartarrayos de carburo de silicio y de xido metlico


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La conexin de los apartarrayos.

Los pararrayos se conectan de la siguiente manera:

Entre fase y tierra en la terminal entrante de cada lnea de

transmisin area, en cada una de las fases.

Entre cada terminal y tierra, cerca del transformador de una

subestacin sobre el lado entrante.

En los sistemas de distribucin montados sobre el poste.

En las centrales elctricas, cerca de los terminales del generador.

Figura N 24 Instalacin de apartarrayos


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1. Terminal de lnea.2. Cortador de descargas y terminal de tierra.3. Estructura.4. Unidad superior.5. Base.

6. Conexin a tierra.

Algunos trminos para especificacin de los apartarrayos.

Tensin nominal del apartarrayos.

Es el valor eficaz (RMS) mximo de permisible entre la terminal de

lnea, y la terminal de tierra del apartarrayos, es un valor dado por el

fabricante, pero se calcula en forma preliminar como:

Dnde:Ke = Factor de conexin a tierra y puede ser:

- 0.8 para sistemas con neutro slidamente conectados a

tierra.

- 1 para neutro flotante.

Corriente de descarga (Id).

Es la corriente que circula a travs del apartarrayos cuando

descarga. Se mide en kiloamperes (KA).


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Voltaje residual.

Es el voltaje que aparece entre las terminales de un apartarrayos

durante el paso de la descarga.

3.2 LNEA DE TRANSMISIN.

La lnea de transmisin es un elemento del sistema de potencia que se

encarga de transportar la energa elctrica desde el sitio donde se

genera hasta el sitio donde se consume o se distribuye.

Las lneas de transmisin son aquellas complejas estructuras que

transportan grandes bloques de energa elctrica dentro de los

diferentes puntos de la red que constituye el sistema elctrico de

potencia, son fsicamente los elementos ms simples pero los mas

extensos. La clasificacin de los sistemas de transmisin puede ser

realizada desde muy variados puntos de vista, segn el medio: en

areas y subterrneas.

Debido a que los distintos consumidores de energa se encuentran

dispersos en vastos territorios y por los general distantes de los centros

de produccin de energa, es necesario disponer de redes elctricas de

transporte y de interconexin que aseguren una permanente conexin

entre las centrales de produccin y los centros de consumo, ya que

como se sabe , la corriente alterna no se almacena; estas redes

elctricas estn constituidas por lneas de transmisin, cuyos niveles

de tensin dependen de la red elctrica que se conecten, su funcin se

muestra en la siguiente figura.


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Figura N 25 Lneas de transmisin, sistema de produccin y

utilizacin


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Todas las lneas de alta tensin se interconectan a travs de las

subestaciones de transformacin que aseguran la continuidad entre las

lneas de distinto nivel de tensin.

Uno de los problemas de inters en la transmisin o transporte de

energa elctrica es que se debe transportar la mayor cantidad de

potencia neta, tomando en cuenta que se tiene perdidas disipadas en

forma de calor por efecto joule debido a la resistencia de la lnea.

Tratndose de lneas de transmisin trifsicas, la corriente que

transporta la lnea se calcula como:

Siendo:

P = La potencia que transporta la lnea en KW o MW.

V = Tensin de operacin entre frases en kV.

I = Corriente de la lnea en amperios.

Las prdidas trifsicas en la lnea se calculan como:

Siendo:

P = Perdidas trifsicas en KW.

r = resistencia total de la lnea en .


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Entonces se obtiene:

Se observa de esta ecuacin que para una potencia transportada dada,

las perdidas en las lneas son inversamente proporcionales al

cuadrado de la tensin, de aqu se ve la conveniencia de transmitir la

potencia a mayores niveles de tensin.

3.2.1 Elementos de una lnea de transmisin.

Una lnea de transmisin est constituida bsicamente por tres

elementos.

Conductores.

Aisladores.

Soportes.

Es posible considerar otra serie de elementos adicionales para una

lnea de transmisin, pero solo se realizan funciones complementarias

y que escapa a los elementos bsicos de lneas de transmisin. Los

conductores y aisladores poseen funciones especficas de la que deriva

una serie de caractersticas que se relacionan de modo que el anlisis

de uno de ellos est relacionado con otro.


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3.2.1.1 Conductores

Consiste de un cuerpo o un medio adecuado, utilizado como portador

de corriente elctrica. El material que forma un conductor elctrico es

cualquier sustancia que puede conducir una corriente elctrica cuando

a este conductor se ve sujeto a una diferencia de potencial entre sus

extremos. Esta propiedad se llama conductividad, y las sustancias con

mayor conductividad son los metales. Los materiales comnmente

utilizados para conducir corriente elctrica son en orden de

importancia: cobre, aluminio, aleaciones de cobre, hierro, acero.

La seleccin de un material conductor determinado es, esencialmente,

un problema econmico, el cual no solo considera las propiedades

elctricas del conductor, sino tambin otras como propiedades

mecnicas, facilidad de hacer conexiones, su mantenimiento, la

cantidad de soportes necesarios, las limitaciones de espacio,

resistencia a la corrosin del material y otros. Los metales ms

comnmente utilizados como conductores elctricos son:

a. Cobre: Material maleable, de color rojizo, la mayora de los

conductores elctricos estn hechos de cobre.

Sus principales ventajas son:

Es el metal que tiene conductividad elctrica ms alta despus del

platino.

Tiene gran facilidad para ser estaado, plateado o cadminizado y

puede ser soldado usando equipo especial de soldadura de cobre.


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Es muy dctil por que fcilmente puede ser convertido en cable, tubo

o rolado en forma de solera u otra forma.

Tiene buena resistencia mecnica, aumenta cuando se usa en

combinacin con otros metales para formar aleaciones.

No se oxida fcilmente, por lo que soporta la corrosin ordinaria.

Tiene buena conductividad trmica.

b. Aluminio: Los conductores de aluminio son muy usados para

exteriores en lneas de transmisin y distribucin y para servicios

pesados en subestaciones.

Es muy ligero: tiene la mitad del peso que el cobre para la misma

capacidad de corriente.

Es altamente resistente a la corrosin atmosfrica.

Puede ser soldado con equipo especial.

Se reduce al efecto superficial y el efecto corona debido a que para

la misma capacidad de corriente se usan dimetros mayores.

Las principales desventajas del aluminio son:

Posee una menor conductividad elctrica, con respecto al cobre.

Se forma en su superficie una pelcula de xido que es altamente

resistente al paso de corriente por lo que causa problemas en juntas

de contacto.


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Debido a sus caractersticas electronegativas, al ponerse en

contacto directo con el cobre causa corrosin galvnica, por lo que

siempre se debern usar juntas bimetlicas o pastas anticorrosivas.

En los primeros tiempos de transmisin de potencia elctrica, los

conductores eran generalmente de cobre, pero los conductores de

aluminio han reemplazado completamente a los de cobre debido a su

menor costo y al peso ligero de un conductor de aluminio comparado

con un de cobre de igual resistencia. En los comienzos de la

transmisin de la energa elctrica se realizaba en corriente continua,

en donde los conductores solidos cilndricos fueron muy utilizados, por

una variedad de particularidades, con el devenir del tiempo, la

transmisin en corriente alterna obligo a la utilizacin de conductores

multifilares trenzados en forma helicoidal, con el fundamento de dotar

la flexibilidad a los conductores, adems de una serie de caractersticas

relevantes a la transmisin de corriente alterna.

Figura N 26 Seccin transversal de un tipo de conductor trenzado

concntrico estndar

El aluminio puro, frente a todas sus aleaciones, mxima conductividad,

pero en contraparte posee una baja carga mecnica de ruptura. Segn


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ensayos realizados por algunos fabricantes de conductores, la carga de

ruptura viene dada por:

Figura N 27 Carga de ruptura (Kg/mm2) para diferentes materiales

empleados en la conduccin de Electricidad

Debido a la poca carga de ruptura en las lneas de transmisin areas,

esto se transforma en un inconveniente, razn por la cual se recurre a

los cables de aluminio aleado y a cables de aluminio reforzado con

acero.

En la actualidad los conductores trenzados son combinaciones dealuminio y otros elementos ms, para aportar caractersticas mecnicas

al conductor. Entre los diferentes tipos de conductores de aluminio se

tienen:

ACC: Conductor de Aluminio (All Aluminum Conductor, Clases AA,

A, B, C).

Figura N 28 Conductor ACC


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AAAC: Conductor de Aluminio con aleacin (All Aluminum Alloy

Conductor).

Figura N 29 Conductor AAAC

ACSR: Conductor de aluminio con refuerzo de acero (Aluminum

Conductor, Steel Reinforced).

Figura N 30 Conductor ACSR

ACAR: Conductor de aluminio con Refuerzo de Aleacin (Aluminum

Conductor Alloy Reinforced).


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Figura N 31 Conductor ACAR

El AAAC tiene mayor resistencia a la tensin que los conductores de

aluminio de tipo ordinario. Los ACSR consisten de un ncleo central de

alambre de acero rodeado por capas de alambre de aluminio. ACAR

tiene un ncleo de aluminio de alta resistencia rodeado por capas de

conductores elctricos de aluminio tipo especial.

Los conductores en general suelen ser clasificados segn el tipo de

recubrimiento:

Aislado: conductor rodeado por aislamiento para evitar la fuga de

corriente o que el conductor energizado entre en contacto con tierra

ocasionando un cortocircuito.

tesis manuel

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