II.-CALCULOS JUSTIFICATIVOS DE INGENIERIA 1.0
OBJETIVO El presente capítulo define las condiciones técnicas mínimas para el diseño de líneas y redes primarias aéreas en 22.9, 13.2 kV, de tal manera que garanticen los niveles mínimos de seguridad para las personas y las propiedades, y el cumplimiento de los requisitos exigidos para un sistema económicamente adaptado. En la elaboración de estas bases se han tomado en cuenta las prescripciones de las siguientes normas: -
Código Nacional de Electricidad Suministro 2011 Normas MEM/DEP Procedimiento Osinergmin N° 228-2009-OS/CD
En forma complementaria, se han tomado en cuenta las siguientes normas internacionales: -
NESC (NATIONAL ELECTRICAL SAFETY CODE)
-
REA (RURAL ELECTRIFICATION ASSOCIATION)
-
U.S. BUREAU OF RECLAMATION - STANDARD DESIGN
-
IEEE (INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ELECTRONICS ENGINEERS)
-
NORMA BRASILEÑA DE LINEAS DE TRANSMISION
-
ANSI (AMERICAN NATIONAL STANDARD INSTITUTE)
-
IEC (INTERNATIONAL (INTERNATIONAL ELECTROTECNICAL ELECTROTECNICAL COMISSION)
2
DISTANCIAS MINIMAS DE SEGURIDAD
2.1
Distancia mínima entre conductores de un mismo circuito en disposición horizontal y vertical en los apoyos: D = 0.7 m Horizontal D = 1.0 m Vertical Distancia mínima entre los conductores y sus accesorios bajo tensión y elementos puestos a tierra: D = 0.25 m Distancia horizontal mínima entre conductores de un mismo circuito a mitad de vano
2.2
2.3
D = 0,0076 V * F C + 0,37 f
D = 0,0076 V * FC+0,65f
Para vanos hasta 180m de longitud y conductor Mayor o igual a 35 mm2 Para vanos mayores de 180 m de longitud
F = 1 + 1.25 ( H – 1000 ) * 10-4 Dónde: V = Tensión nominal entre fases, kV FC = Factor de corrección por altitud f = Flecha del conductor a la temperatura máxima prevista en m. m. 1
2.4 Distancia vertical mínima entre conductores de un mismo circuito a mitad de vano. Para vanos hasta 100 m : 0,80 m Para vanos entre 101 y 300 m : 1,00 m Para vanos entre 301 y 600 m : 1,20 m Para vanos mayores a 600 m : 2,00 m 2.5
Distancias verticales mínimas de seguridad de conductores sobre el nivel de piso Cuando los alambres o cables conductores cruzan o sobresalen Carreteras y avenidas sujetas al tránsito de camiones Vías férreas de ferrocarriles Caminos, calles, otras áreas sujetas al tránsito de camiones Calzadas zonas de parqueo y callejones Espacios y vías peatonales o áreas no transitables por vehículos Calles y caminos en zonas rurales
7.0 m 8.0 m 6.5 m 6.5 m 5.0 m 6.5 m
Cuando los alambres o cables conductores recorren a lo largo y dentro de los límites de las carreteras u otras fajas de servidumbre pero no sobresalen del camino Carreteras y avenidas Caminos calles o callejones Espacios y vías peatonales o áreas no transitables por vehículos Calles y caminos en zonas rurales -
6.5 m 6.0 m 5.0 m 5.0 m
En áreas que no sean urbanas, las líneas primarias recorrerán fuera de la franja de servidumbre de las carreteras. Las distancias mínimas del eje de la carretera al eje de la línea primaria serán las siguientes: En carreteras importantes En carreteras no importantes
25 m 15 m
Estas distancias deberán ser verificadas, en cada caso, en coordinación con la autoridad competente.
2.6
Distancias mínimas a terrenos boscosos o a árboles aislados -
2.7
Distancia vertical entre el conductor inferior y los árboles: 2,50 m Distancia radial entre el conductor y los árboles laterales: 0,50 m
Distancias mínimas a edificaciones y otras construcciones No está permitido que los conductores estén por encima de cualquier techo o proyección vertical. Horizontal a paredes, proyecciones, balcones ventanas y áreas fácilmente 2.5 m accesibles Distancia horizontal a letreros, chimeneas, antenas, tanques. 2.5 m
2
3.0
CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR
3.1
Objetivo Estos cálculos tienen el objetivo de determinar las siguientes magnitudes relativas a los conductores de líneas y redes primarias aéreas en todas las hipótesis de trabajo: -
Esfuerzo horizontal del conductor
-
Esfuerzo tangencial del conductor en los apoyos
-
Flecha del conductor
-
Parámetros del conductor
-
Coordenadas de plantillas de flecha máxima (sólo en hipótesis de máxima temperatura)
-
Ángulos de salida del conductor respecto a la línea horizontal, en los apoyos.
-
Vano - peso de los apoyos
-
Vano - medio de los apoyos
3.2
Características de los Conductores Normalizados
3.2.1
Material de los Conductores Los conductores para líneas y redes primarias aéreas serán de aleación de aluminio (AAAC), fabricados según las prescripciones de las normas ASTM B398, ASTM B99 o IEC 1089.
3.2.2
Características mecánicas de los conductores de aleación de Aluminio normalizados (Sin Grasa)
AAAC Sección (mm2) 50 Numero de alambres 7 Diámetro exterior (mm) 9.1 Diámetro de alambres (mm) 3.02 Masa total (kg/km) 137 Coef. de expans. térmica (1/°C) 23 x 10Módulo de elasticidad final 60000 (N/mm2) Carga de Rotura (Kg) 1599
AAAC 35 7 7.6 2.52 94 23 x 1060000
AAAC 70 19 10.5 2.17 181 23 x 1060000
AAAC 95 19 12.5 2.5 256 23 x 106000
AAAC 120 19 14.15 2.83 230 23 x 106000
994.5
2060
2920
3662
3
3.2.3
Características mecánicas de los conductores cable seco NA2XSA2Y-S 18/30 kV. Datos Dimensionales
Mín. Mín. Diam. Diam. Secció espes. espes. Diam.Cab.M Nom. Conduct n Aislam. Cubierta ensajero Exterior or [mm] [mm²] [mm] [mm] [mm] [mm]
Peso aprox. [kg/km]
Datos Mecánicos y Eléctricos Max. DC Carga resists. de conducto Amperaj rotura r 20°C e aire mínima [Ohm/km 30°C [A] [kN] ]
50
8,07
8,0
1,4
10,6
66,6
3041
85
0,641
180
70
9,77
8,0
1,4
10,6
70,3
3408
85
0,443
225
95
11,5
8,0
1,5
10,6
74,4
3848
85
0,32
270
120
12,92
8,0
1,6
10,6
78,1
4244
85
0,253
315
185
16,04
8,0
1,6
10,6
84,8
5127
85
0,164
410
3.2.4
CABLE ESPECIFICACIONES CONDUCTORES TIPO N2XSY 18/30KV
Conductores de cobre electrolítico recocido, cableado comprimido o compactado. Cinta semiconductora o compuesto semiconductor extruido sobre el conductor. Aislamiento de Polietileno Reticulado (XLPE) Cinta semiconductora o compuesto semiconductor extruido y cinta o alambres de cobre electrolítico sobre el conductor aislado. Barrera térmica de poliéster. Chaqueta exterior de PVC rojo. Serán fabricados según normas IEC 228, IEC 502
PARAMETROS FISICOS SECCION NOMINAL
NUMERO HILOS
mm²
DIAMETRO CONDUCTOR
ESPESOR AISLAMIENTO CUBIERTA
DIAMETRO EXTERIOR
PESO
mm
mm
mm
mm
Kg/Km
50
19
8,7
8
2,0
31,9
1351
70
19
10,5
8
2,2
34,1
1650
95
19
12,3
8
2,2
35,9
1973
120
37
13,9
8
2,2
37,5
2266
150
37
15,4
8
2,4
39,4
2618
185
37
17,2
8
2,4
41,3
3042
240
61
19,8
8
2,4
43,8
3680
300
61
22,2
8
2,6
46,6
4392
400
61
25,1
8
2,6
49,5
5299
500
61
28,2
8
2,8
53,0
6414
4
PARAMETROS ELECTRICOS RESISTENCIA
RESISTENCIA
DC a
AC
SECCION NOMINAL
20°C mm²
(A)
REACTANCIA INDUCTIVA (A)
(B)
mmOhm/Km Ohm/Km Ohm/Km Ohm/Km
AMPACIDAD AMPACIDAD
(B)
ENTERRADO
AIRE
20°C
30°C
Ohm/Km
(A)
(B)
(A)
(B)
50
0,387
0,494
0,494
0,2761
0,1711
250
230
280
245
70
0,268
0,342
0,342
0,2638
0,1622
305
280
350
300
95
0,193
0,247
0,247
0,2528
0,1539
365
330
425
365
120
0,153
0,196
0,196
0,2439
0,1471
410
375
485
420
150
0,124
0,159
0,159
0,2374
0,1430
450
415
540
470
185
0,0991
0,127
0,128
0,2302
0,1379
505
470
615
540
240
0,0754
0,098
0,098
0,2211
0,1317
580
545
720
630
300
0,0601
0,078
0,080
0,2143
0,1278
645
610
815
720
400
0,0470
0,062
0,064
0,2069
0,1230
700
685
905
825
CONDUCTOR DE ALIMENTACION DE SED AL TABLERO DE DISTRIBUCION
3.2.5
Sera (THW) de Cu electrolítico recocido, cableado, con aislamiento de cloruro de polivinilo resistente a la intemperie, alta resistencia dieléctrica, resistente al calor, humedad a los ácidos, aceites y álcalis, temperatura de trabajo 75º C y tensión de operación 600 V.
ESPECIFICACIONES CONDUCTORES THW - mm² PESO CALIBRE DIAMETRO DIAMETRO ESPESOR DIAMETRO DIAMETRO NUMERO CONDUCTOR HILO CONDUCTOR AISLAMIENTO EXTERIOR EXTERIOR AIRE DUCTO HILOS mm² mm mm mm mm Kg/Km A A CABLES 2,5
7
0,67
2,0
1,15
4,3
36
32
22
4
7
0,85
2,6
1,15
4,9
56
40
30
6
7
1,04
3,1
1,15
5,4
78
52
38
10
7
1,35
4,1
1,50
7,1
131
78
55
16
7
1,70
5,1
1,50
8,1
193
110
75
25
7
2,14
6,4
1,50
9,4
290
140
95
35
7
2,52
7,6
1,50
10,6
390
175
120
50
19
1,78
8,9
2,00
12,9
535
215
140
70
19
2,14
10,7
2,00
14,7
745
270
180
95
19
2,52
12,6
2,00
16,6
1005
330
215
120
37
2,03
14,2
2,40
19,0
1280
380
240
150
37
2,25
15,8
2,40
20,6
1546
440
280
185
37
2,52
17,6
2,40
22,4
1911
520
320
240
61
2,25
20,3
2,40
25,1
2464
580
360
300
61
2,52
22,7
2,80
28,3
3106
680
410
400
61
2,85
25,7
2,80
31,3
3922
805
480
500
61
3,20
28,8
2,80
34,4
4891
920
535
5
3.3
Esfuerzos máximos en el Conductor
3.3.1
Esfuerzos del Conductor en la Condición EDS Los esfuerzos horizontales en la condición EDS no deben superar el 18% del esfuerzo de rotura, es decir aproximadamente 52,9 N/mm2.
3.3.2
Esfuerzos máximos en el Conductor Los esfuerzos máximos en el conductor son los esfuerzos tangenciales que se producen en los puntos más elevados de la catenaria. Para los conductores de aleación de aluminio no deben sobrepasar el 40% del esfuerzo de rotura, es decir aproximadamente 117,6 N/mm2
3.4
Hipótesis de Estado Las hipótesis de estado para los cálculos mecánicos del conductor se definen sobre la base de los siguientes factores: -
Velocidad de viento
-
Temperatura
-
Carga de hielo
Sobre la base de la zonificación y las cargas definidas por el Código Nacional de Electricidad, se considerarán las siguientes hipótesis:
HIPOTESIS Nº 1
:
Condición de mayor duración (EDS)
-
Temperatura
:
media anual
-
Velocidad de viento
:
nula
-
Sobrecarga de hielo
:
nula
HIPOTESIS Nº 2
:
De mínima temperatura y máxima Velocidad de viento
-
Temperatura Velocidad de viento
: :
mínima máxima
-
Sobrecarga de hielo
:
nula
HIPOTESIS Nº 3
:
De máxima carga de hielo
-
Temperatura
:
mínima
-
Velocidad de viento
:
50% de la velocidad máxima
-
Sobrecarga de hielo
:
nulo
6
HIPOTESIS Nº 4
:
De máxima Temperatura
-
Temperatura
:
máxima + CREEP
-
Velocidad de viento Sobrecarga de hielo
: :
nula nula
HIPOTESIS Nº 5 :
De mínima Temperatura
-
Temperatura
:
mínima
-
Velocidad de viento
:
nula
-
Sobrecarga de hielo
:
nula
Para el tratamiento del fenómeno CREEP, se considerará una temperatura equivalente de 10 °C, por tanto, en la localización de estructuras se tendrá en cuenta este incremento de temperatura.
3.5
Fórmulas Consideradas
3.5.1
Ecuación de cambio de estado T302 - [T01 - d2 E w2R1 - E (t2 - t1) ] T202 = 24 S2 T012
3.5.2
d2 E W2 R2 24 S2
Esfuerzo del conductor en el extremo superior derecho : Formula exacta: TD = TO Cosh (XD) p Fórmula aproximada: TD = TO2 + (XD. WR)2
3.5.3
Esfuerzo del conductor en el extremo superior izquierdo Fórmula exacta: TI = TO Cosh (XI) p Fórmula Aproximada: TI = TO2 + (XI. WR)2
7
3.5.4
Angulo del Conductor Respecto a la Línea Horizontal, en el Apoyo derecho:
D = cos-1 (To/TD) 3.5.5
Angulo del Conductor Respecto a la Línea Horizontal, en el Apoyo izquierdo:
I = cos-1 (To/TI) 3.5.6
Distancia del Punto mas bajo de la catenaria al Apoyo Izquierdo Fórmula Exacta:
XI = -p [senh
-1
d
h/d - tg h-1 (cosh p -1)] (Sen2 h d - (Cos h d -1)2 ) ½ senh d p p p
Fórmula Aproximadas XI = d ( 1 + h ) 2 4f
3.5.7
;
XI = d 2
- (TO) (h) WR d
Distancia del Punto más bajo de la catenaria al apoyo derecho XD = d - XI
3.5.8
Longitud del Conductor Fórmula Exacta L = (2 p senh d )2 + h2 2p Fórmula Aproximada:
L = d + 8 cos 3 d
3.5.9
f 2. cos3
;
cos = 1 2 1+ ( h /d)
.
Flecha del Conductor en terreno sin desnivel Fórmula Exacta f = p (cosh
d - 1) 2p
Fórmulas Aproximadas f = WR d2 8 To
;
f = d2 8p
3.5.10 Flecha del Conductor en terreno desnivelado:
8
Fórmula Exacta: f = p [cos h (XI) - cos h ( d - XI) / p] + h p 2 2 Fórmulas Aproximadas: f = W R d2 1 + ( h/d ) 2 8To
;
f = d2 1 + ( h/d )2 8P
3.5.11 Saeta del Conductor Fórmula Exacta s =
p (Cos h ( XI ) - 1 ) p
Fórmula Aproximada : s = f ( 1- h )2 4f
;
s =
XI 2 2p
3.5.12 Carga Unitaria Resultante en el Conductor WR = [Wc + 0,0029 ( + 2c)] 2
+ [ Pv ( + 2c )]2 1000
Pv = 0,041 (Vv)2
3.5.13 Vano - Peso
Vp = XD (i) + XI (i + 1)
3.5.14 Vano - Medio (Vano - Viento) VM = di + d (i + 1) 2
3.5.15 Vano Equivalente a) Para Localización de Estructuras en el Perfil de la Línea: En estructuras con aisladores tipo PIN, o aisladores rígidos en general, el vano equivalente será igual a cada vano real; es decir, habrán tantos vanos equivalentes como vanos reales existan. En estructuras con cadenas de aisladores, el vano equivalente es único para tramos comprendidos entre estructuras de anclaje y a este vano equivalente corresponderá un esfuerzo horizontal (To) constante.
9
La fórmula del vano equivalente en este caso es :
deq. =
b)
di3 Cos (di / cos)
Para Elaboración de Tabla de Tensado:
Se aplicará la fórmula consignada, tanto para líneas con aisladores rígidos como con cadenas de aisladores de suspensión.
3.5.16 Simbología y Esquema Considerado T01 T02 d S Wc
h Pv Vv
Esfuerzo horizontal en el conductor para la condición 1, en N/mm2 o kg/mm2 Esfuerzo horizontal en el conductor para la condición 2, en N/mm2 o kg/mm2 Longitud del vano en m E Módulo de Elasticidad final del conductor, en N/mm2 o kg/mm2 Sección del conductor, en mm2 Peso del conductor, en N/m o kg/m t1 Temperatura del conductor en la condición 1 t2 Temperatura del conductor en la condición 2 Coeficiente de expansión térmica, en 1/°C Desnivel del vano, en m p Parámetro del conductor, en m Diámetro del conductor, en m Presión de viento, en Pa C Espesor de hielo sobre el conductor, en m Velocidad de viento, en km/h
10
CALCULO MECÁNICO DE CONDUCTORES CONDUCTORAAAC-35 Seccion Diam. Exteri Nro. de Hilo Peso Unit.) Tiro de Rot. M.E. Final Coef. Dilatación (mm2) (mm) (N/m) (N) (N/mm2) (1/°C) 35 7.5 7 0.94 9752.71 60801.2 0.000023 HIPOTESIS DE CALCULO : DESCRIPCIO Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 NOMBRE TEMPLADO MINIMA TE MAXIMO ESFMAXIMA TE Minima Temperatura %TIRO 20 60 50 60 60 Temperatura 10 -15 -15 40 -5 V.Viento(km 0 0 75 0 0 M.Hielo(mm 0 0 3 0 0 Vano (m)
Desnivel (m) 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600
Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) 0.4 1950.54 1950.92 0.1 3052.32 3052.72 0.06 3239.73 3241.7 0.25 770.5 770.96 0.24 2609 2609.39 0.07 0.8 1950.54 1951.38 0.39 3000.37 3001.14 0.25 3597.36 3602.74 0.89 972.54 973.69 0.77 2571.01 2571.79 0.29 1.2 1950.54 1952.02 0.87 2919.55 2920.8 0.58 3985.89 3995.8 1.82 1136.48 1138.5 1.49 2514.03 2515.35 0.67 1.6 1950.54 1952.85 1.54 2818.19 2820.09 1.07 4355.17 4370.48 2.95 1268 1271.05 2.38 2446.17 2448.21 1.23 2 1950.54 1953.85 2.41 2706.86 2709.57 1.74 4693.68 4715.15 4.28 1374.14 1378.37 3.43 2375.93 2378.85 1.98 2.4 1950.54 1955.04 3.48 2596.22 2599.94 2.61 5000.45 5028.8 5.79 1460.34 1465.92 4.64 2310 2314.01 2.94 2.8 1950.54 1956.41 4.73 2494.61 2499.54 3.7 5277.42 5313.33 7.47 1530.79 1537.86 6.03 2252.17 2257.46 4.1 3.2 1950.54 1957.97 6.18 2406.58 2412.92 5.01 5527.24 5571.4 9.32 1588.69 1597.42 7.59 2203.59 2210.36 5.47 3.6 1950.54 1959.7 7.82 2333.18 2341.14 6.54 5752.63 5805.71 11.33 1636.56 1647.12 9.33 2163.73 2172.17 7.05 4 1950.54 1961.62 9.66 2273.24 2283.04 8.29 5956.12 6018.78 13.52 1676.38 1688.94 11.24 2131.37 2141.68 8.84 4.4 1950.54 1963.72 11.69 2224.71 2236.54 10.25 6140 6212.92 15.87 1709.71 1724.42 13.34 2105.13 2117.51 10.83 4.8 1950.54 1966 13.92 2185.43 2199.49 12.42 6306.34 6390.21 18.39 1737.76 1754.82 15.63 2083.79 2098.42 13.02 5.2 1950.54 1968.47 16.34 2153.49 2169.97 14.79 6456.99 6552.5 21.09 1761.52 1781.09 18.09 2066.33 2083.39 15.42 5.6 1950.54 1971.12 18.95 2127.34 2146.43 17.37 6593.59 6701.44 23.95 1781.76 1804.02 20.75 2051.92 2071.61 18.01 6 1950.54 1973.95 21.76 2105.74 2127.64 20.15 6717.61 6838.5 27 1799.1 1824.23 23.6 2039.94 2062.45 20.8
CALCULO MECÁNICO DE CONDUCTORES CONDUCTORAAAC- 50 Seccion Diam. Exteri Nro. de Hilo Peso Unit.) Tiro de Rot. M.E. Final Coef. Dilatación (mm2) (mm) (N/m) (N) (N/mm2) (1/°C) 50 9.1 7 1.34 14003.9 60801.2 0.000023 HIPOTESIS DE CALCULO : DESCRIPCIO Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 NOMBRE TEMPLADO MINIMA TE MAXIMO ESFMAXIMA TE Minima Temperatura %TIRO 20 60 50 60 60 Temperatura 10 -15 -15 40 -5 V.Viento(km 0 0 75 0 0 M.Hielo(mm 0 0 3 0 0 Vano (m)
Desnivel (m) 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600
Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) 0.4 2800.78 2801.32 0.1 4374.18 4374.75 0.06 4550.29 4552.4 0.2 1110.92 1111.57 0.24 3741.17 3741.72 0.07 0.8 2800.78 2801.97 0.38 4301.09 4302.18 0.25 4897.32 4902.96 0.76 1397.28 1398.92 0.77 3687.73 3688.85 0.29 1.2 2800.78 2802.89 0.86 4187.27 4189.06 0.58 5299.94 5310.34 1.58 1630.78 1633.66 1.48 3607.47 3609.36 0.67 1.6 2800.78 2804.06 1.54 4044.31 4047.02 1.06 5694.76 5710.93 2.61 1818.56 1822.91 2.36 3511.66 3514.56 1.22 2 2800.78 2805.49 2.4 3886.89 3890.75 1.73 6061.13 6083.93 3.84 1970.39 1976.41 3.41 3412.17 3416.33 1.97 2.4 2800.78 2807.17 3.45 3729.95 3735.23 2.59 6393.95 6424.22 5.24 2093.89 2101.82 4.62 3318.44 3324.13 2.92 2.8 2800.78 2809.12 4.7 3585.28 3592.27 3.67 6693.6 6732.13 6.81 2194.95 2205 6 3235.92 3243.43 4.07 3.2 2800.78 2811.32 6.14 3459.47 3468.47 4.97 6962.31 7009.91 8.56 2278.12 2290.53 7.55 3166.36 3175.97 5.43 3.6 2800.78 2813.78 7.78 3354.2 3365.51 6.49 7202.92 7260.35 10.47 2346.96 2361.97 9.28 3109.13 3121.11 7 4 2800.78 2816.51 9.6 3268 3281.9 8.23 7418.27 7486.34 12.56 2404.28 2422.12 11.19 3062.55 3077.19 8.78 4.4 2800.78 2819.49 11.62 3198.06 3214.84 10.17 7611.1 7690.59 14.81 2452.29 2473.21 13.27 3024.73 3042.29 10.76 4.8 2800.78 2822.73 13.83 3141.34 3161.29 12.33 7783.89 7875.61 17.24 2492.75 2516.98 15.54 2993.92 3014.68 12.94 5.2 2800.78 2826.22 16.24 3095.17 3118.55 14.69 7938.89 8043.65 19.84 2527.03 2554.83 18 2968.68 2992.89 15.32 5.6 2800.78 2829.98 18.83 3057.32 3084.41 17.25 8078.11 8196.73 22.62 2556.26 2587.88 20.64 2947.84 2975.78 17.89 6 2800.78 2834 21.62 3026.05 3057.12 20.01 8203.35 8336.65 25.58 2581.32 2617.01 23.47 2930.5 2962.44 20.66
CALCULO MECÁNICO DE CONDUCTORES CONDUCTORAAAC- 50 Seccion Diam. Exteri Nro. de Hilo Peso Unit.) Tiro de Rot. M.E. Final Coef. Dilatación (mm2) (mm) (N/m) (N) (N/mm2) (1/°C) 50 9.1 7 1.34 14003.9 60801.2 0.000023 HIPOTESIS DE CALCULO : DESCRIPCIO Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 NOMBRE TEMPLADO MINIMA TE MAXIMO ESFMAXIMA TE Minima Temperatura %TIRO 20 60 50 60 60 Temperatura 10 -15 -15 40 -5 V.Viento(km 0 0 75 0 0 M.Hielo(mm 0 0 3 0 0 Vano (m)
Desnivel (m) 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600
Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) 0.4 2800.78 2801.32 0.1 4374.18 4374.75 0.06 4550.29 4552.4 0.2 1110.92 1111.57 0.24 3741.17 3741.72 0.07 0.8 2800.78 2801.97 0.38 4301.09 4302.18 0.25 4897.32 4902.96 0.76 1397.28 1398.92 0.77 3687.73 3688.85 0.29 1.2 2800.78 2802.89 0.86 4187.27 4189.06 0.58 5299.94 5310.34 1.58 1630.78 1633.66 1.48 3607.47 3609.36 0.67 1.6 2800.78 2804.06 1.54 4044.31 4047.02 1.06 5694.76 5710.93 2.61 1818.56 1822.91 2.36 3511.66 3514.56 1.22 2 2800.78 2805.49 2.4 3886.89 3890.75 1.73 6061.13 6083.93 3.84 1970.39 1976.41 3.41 3412.17 3416.33 1.97 2.4 2800.78 2807.17 3.45 3729.95 3735.23 2.59 6393.95 6424.22 5.24 2093.89 2101.82 4.62 3318.44 3324.13 2.92 2.8 2800.78 2809.12 4.7 3585.28 3592.27 3.67 6693.6 6732.13 6.81 2194.95 2205 6 3235.92 3243.43 4.07 3.2 2800.78 2811.32 6.14 3459.47 3468.47 4.97 6962.31 7009.91 8.56 2278.12 2290.53 7.55 3166.36 3175.97 5.43 3.6 2800.78 2813.78 7.78 3354.2 3365.51 6.49 7202.92 7260.35 10.47 2346.96 2361.97 9.28 3109.13 3121.11 7 4 2800.78 2816.51 9.6 3268 3281.9 8.23 7418.27 7486.34 12.56 2404.28 2422.12 11.19 3062.55 3077.19 8.78 4.4 2800.78 2819.49 11.62 3198.06 3214.84 10.17 7611.1 7690.59 14.81 2452.29 2473.21 13.27 3024.73 3042.29 10.76 4.8 2800.78 2822.73 13.83 3141.34 3161.29 12.33 7783.89 7875.61 17.24 2492.75 2516.98 15.54 2993.92 3014.68 12.94 5.2 2800.78 2826.22 16.24 3095.17 3118.55 14.69 7938.89 8043.65 19.84 2527.03 2554.83 18 2968.68 2992.89 15.32 5.6 2800.78 2829.98 18.83 3057.32 3084.41 17.25 8078.11 8196.73 22.62 2556.26 2587.88 20.64 2947.84 2975.78 17.89 6 2800.78 2834 21.62 3026.05 3057.12 20.01 8203.35 8336.65 25.58 2581.32 2617.01 23.47 2930.5 2962.44 20.66
CALCULO MECÁNICO DE CONDUCTORES CONDUCTORAAAC-70 Seccion Diam. Exteri Nro. de Hilo Peso Unit.) Tiro de Rot. M.E. Final Coef. Dilatación (mm2) (mm) (N/m) (N) (N/mm2) (1/°C) 70 10.5 19 1.78 20201.7 58839.9 0.000023 HIPOTESIS DE CALCULO : DESCRIPCIO Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 NOMBRE TEMPLADO MINIMA TE MAXIMO ESFMAXIMA TE Minima Temperatura %TIRO 20 60 50 60 60 Temperatura 10 -15 -15 40 -5 V.Viento(km 0 0 75 0 0 M.Hielo(mm 0 0 3 0 0 Vano (m)
Desnivel (m) 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600
Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) 0.4 4040.34 4041.05 0.09 6240.94 6241.71 0.06 6394.82 6397.05 0.16 1623.81 1624.64 0.22 5356.58 5357.32 0.07 0.8 4040.34 4041.88 0.35 6156.32 6157.75 0.23 6706.12 6711.86 0.63 1988.84 1990.92 0.71 5294.74 5296.19 0.27 1.2 4040.34 4043.01 0.79 6023 6025.3 0.53 7097.84 7108.37 1.33 2300.63 2304.28 1.39 5200.16 5202.57 0.61 1.6 4040.34 4044.46 1.41 5852.23 5855.67 0.97 7503.15 7519.53 2.24 2557.99 2563.48 2.22 5084.04 5087.7 1.12 2 4040.34 4046.22 2.2 5658.68 5663.52 1.57 7891.85 7915.03 3.33 2770.35 2777.96 3.2 4958.91 4964.11 1.79 2.4 4040.34 4048.29 3.16 5458.25 5464.81 2.34 8252.36 8283.22 4.59 2946.24 2956.22 4.34 4835.91 4842.98 2.64 2.8 4040.34 4050.67 4.31 5265.22 5273.83 3.3 8581.37 8620.76 6.01 3092.55 3105.18 5.63 4722.84 4732.1 3.68 3.2 4040.34 4053.37 5.63 5089.65 5100.67 4.47 8879.16 8927.91 7.59 3214.8 3230.35 7.07 4623.63 4635.43 4.92 3.6 4040.34 4056.38 7.12 4936.58 4950.36 5.83 9147.53 9206.47 9.32 3317.4 3336.16 8.68 4539.17 4553.84 6.34 4 4040.34 4059.7 8.79 4806.78 4823.69 7.39 9388.86 9458.82 11.21 3403.92 3426.17 10.44 4468.47 4486.35 7.95 4.4 4040.34 4063.33 10.64 4698.47 4718.85 9.15 9605.7 9687.51 13.26 3477.23 3503.26 12.37 4409.76 4431.19 9.75 4.8 4040.34 4067.28 12.66 4608.73 4632.92 11.1 9800.51 9895 15.48 3539.64 3569.75 14.46 4361.09 4386.39 11.73 5.2 4040.34 4071.54 14.87 4534.43 4562.78 13.24 9975.62 10083.6 17.85 3593.04 3627.52 16.72 4320.65 4350.15 13.9 5.6 4040.34 4076.12 17.24 4472.76 4505.6 15.57 10133.1 10255.5 20.38 3638.95 3678.1 19.15 4286.9 4320.93 16.25 6 4040.34 4081.01 19.8 4421.31 4458.96 18.09 10275 10412.6 23.08 3678.61 3722.73 21.75 4258.57 4297.44 18.78
CALCULO MECÁNICO DE CONDUCTORES CONDUCTORAAAC-70 Seccion Diam. Exteri Nro. de Hilo Peso Unit.) Tiro de Rot. M.E. Final Coef. Dilatación (mm2) (mm) (N/m) (N) (N/mm2) (1/°C) 70 10.5 19 1.78 20201.7 58839.9 0.000023 HIPOTESIS DE CALCULO : DESCRIPCIO Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 NOMBRE TEMPLADO MINIMA TE MAXIMO ESFMAXIMA TE Minima Temperatura %TIRO 20 60 50 60 60 Temperatura 10 -15 -15 40 -5 V.Viento(km 0 0 75 0 0 M.Hielo(mm 0 0 3 0 0 Vano (m)
Desnivel (m) 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600
Hip. 1 Hip. 2 Hip. 3 Hip. 4 Hip. 5 TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) TiroH(N) TMax(N) Flecha(m) 0.4 4040.34 4041.05 0.09 6240.94 6241.71 0.06 6394.82 6397.05 0.16 1623.81 1624.64 0.22 5356.58 5357.32 0.07 0.8 4040.34 4041.88 0.35 6156.32 6157.75 0.23 6706.12 6711.86 0.63 1988.84 1990.92 0.71 5294.74 5296.19 0.27 1.2 4040.34 4043.01 0.79 6023 6025.3 0.53 7097.84 7108.37 1.33 2300.63 2304.28 1.39 5200.16 5202.57 0.61 1.6 4040.34 4044.46 1.41 5852.23 5855.67 0.97 7503.15 7519.53 2.24 2557.99 2563.48 2.22 5084.04 5087.7 1.12 2 4040.34 4046.22 2.2 5658.68 5663.52 1.57 7891.85 7915.03 3.33 2770.35 2777.96 3.2 4958.91 4964.11 1.79 2.4 4040.34 4048.29 3.16 5458.25 5464.81 2.34 8252.36 8283.22 4.59 2946.24 2956.22 4.34 4835.91 4842.98 2.64 2.8 4040.34 4050.67 4.31 5265.22 5273.83 3.3 8581.37 8620.76 6.01 3092.55 3105.18 5.63 4722.84 4732.1 3.68 3.2 4040.34 4053.37 5.63 5089.65 5100.67 4.47 8879.16 8927.91 7.59 3214.8 3230.35 7.07 4623.63 4635.43 4.92 3.6 4040.34 4056.38 7.12 4936.58 4950.36 5.83 9147.53 9206.47 9.32 3317.4 3336.16 8.68 4539.17 4553.84 6.34 4 4040.34 4059.7 8.79 4806.78 4823.69 7.39 9388.86 9458.82 11.21 3403.92 3426.17 10.44 4468.47 4486.35 7.95 4.4 4040.34 4063.33 10.64 4698.47 4718.85 9.15 9605.7 9687.51 13.26 3477.23 3503.26 12.37 4409.76 4431.19 9.75 4.8 4040.34 4067.28 12.66 4608.73 4632.92 11.1 9800.51 9895 15.48 3539.64 3569.75 14.46 4361.09 4386.39 11.73 5.2 4040.34 4071.54 14.87 4534.43 4562.78 13.24 9975.62 10083.6 17.85 3593.04 3627.52 16.72 4320.65 4350.15 13.9 5.6 4040.34 4076.12 17.24 4472.76 4505.6 15.57 10133.1 10255.5 20.38 3638.95 3678.1 19.15 4286.9 4320.93 16.25 6 4040.34 4081.01 19.8 4421.31 4458.96 18.09 10275 10412.6 23.08 3678.61 3722.73 21.75 4258.57 4297.44 18.78
4.
CALCULOS MECANICOS DE POSTES Y CRUCETAS
4.1
Objetivo Los cálculos tienen por objeto determinar las cargas mecánicas en postes, cables de retenida y sus accesorios, de tal manera que en las condiciones más críticas, no se superarán los esfuerzos máximos previstos en el Código Nacional de Electricidad y complementariamente en las Normas Internacionales señaladas en el capítulo 1.0
4.2
Factores de Seguridad Los factores de seguridad mínimas respecto a las cargas de rotura serán las siguientes: a)
En condiciones normales
-
Poste de concreto
b)
En condiciones anormales con rotura de conductor
-
Poste de concreto
2
1.5
Para los postes de concreto, los factores de seguridad mínimos consignados son válidos tanto para cargas de flexión como de compresión (pandeo)
4.3
Fórmulas Aplicables
4.
CALCULOS MECANICOS DE POSTES Y CRUCETAS
4.1
Objetivo Los cálculos tienen por objeto determinar las cargas mecánicas en postes, cables de retenida y sus accesorios, de tal manera que en las condiciones más críticas, no se superarán los esfuerzos máximos previstos en el Código Nacional de Electricidad y complementariamente en las Normas Internacionales señaladas en el capítulo 1.0
4.2
Factores de Seguridad Los factores de seguridad mínimas respecto a las cargas de rotura serán las siguientes: a)
En condiciones normales
-
Poste de concreto
b)
En condiciones anormales con rotura de conductor
-
Poste de concreto
2
1.5
Para los postes de concreto, los factores de seguridad mínimos consignados son válidos tanto para cargas de flexión como de compresión (pandeo)
4.3
Fórmulas Aplicables -
Momento debido a la carga del viento sobre los conductores:
-
MVC = (PV) (d) (C) ( hi) Cos 2 Momento debido a la carga de los conductores: MTC = 2 (TC) (hi) sen
-
2 Momento debido a la carga de los conductores en estructuras terminales: MTR = TC (hi)
-
Momento debido a la carga del viento sobre la estructura MVP = [(Pv) (hl)2 (Dm + 2 Do) ] /600
-
Momento torsor debido a la rotura del conductor en extremo de cruceta: Mt = [(RC) (TC) (Cos /2) ] [BC]
-
Momento flector debido a la rotura del conductor en extremo de cruceta: Mf = [(RC) (TC) (Cos /2) ] (h A)
-
Momento total equivalente por rotura del conductor:
14
MTE = (Mf/2) + (1/2) (Mf)2 + (Mt)2 -
Momento debido al desequilibrio de cargas verticales MCW = (BC) [(WC) (L) (Kr ) + WCA + WAD]
-
Momento total para hipótesis de condiciones normales, en estructura de alineamiento, sin retenidas: MRN = MVC + MTC + MCW + MVP
-
Momento total para hipótesis de rotura del conductor en extremo de cruceta MRF = MVC + MTC + MTE + MVP
-
Momento total en estructuras terminales MRN = MTC + MVP
-
Carga en la punta del poste de concreto, en hipótesis de condiciones normales: QN =
-
Carga en la punta del poste de concreto, en hipótesis de rotura de conductor: QR =
o
MRN . (hl - 0.10)
MRF . (hl - 0.10)
Características de los Postes de Concreto Cuadro N° 1
CARACTER STICAS POSTES CAC Longitud m. 15 15 13 13 Esfuerzo en la Punta Kg. 600 400 400 300 Diámetro en la punta mm. 210 180 210 180 Diámetro en la base mm. 440 405 400 375
4.6
12 200 140 320
12 300 160 340
POSTE DE MADERA 12 CLASE 4 CLASE 5 GRUPO E GRUPO E
Simbología: Pv d Tc c Do Dm hl hi h A Bc Rc
= = = = = = = = = = = =
Presión del viento sobre superficies cilíndricas, en Pa Longitud del vano-viento, en m Carga del conductor, en N Diámetro del conductor, en m Angulo de desvío topográfico, en grados Diámetro del poste en la cabeza, en cm Diámetro del poste en la línea de empotramiento, en cm Altura libre del poste, en m Altura de la carga i en la estructura con respecto al terreno, en m Altura del conductor roto, respecto al terreno, en m Brazo de la cruceta, en m Factor de reducción de la carga del conductor por rotura: 15
Wc WCA WAD C E I k hc b QV
= = = = = = = = = =
0.5 (según CNE) Peso del conductor, en N/m Peso del aislador tipo Pin, en N Peso de un hombre con herramientas, igual a 1000 N Circunferencia del poste en la línea de empotramiento en cm Módulo de Elasticidad del poste, en N/cm2 Momento de inercia del poste, en cm2 Factor que depende de la forma de fijación de los extremos del poste Lado de cruceta paralelo a la carga, en cm Lado de cruceta perpendicular a la carga, en cm Sumatoria de cargas verticales, en N (incluye peso de aislador, conductor y de 1 hombre con herramientas).
16
5.0
CALCULOS ELECTRICOS
5.1
Características Eléctricas del Sistema Para los efectos del diseño eléctrico de líneas y redes primarias se tendrán en cuenta las siguientes características. -
Tensión nominal de la red
22.9 kV.
-
Tensión máxima de servicio
25 kV
-
Frecuencia nominal
60 Hz
-
Factor de potencia
0.90 (atraso)
-
Conexión del neutro
Aislado
-
Nivel isoceráunico: De 3001 a 4000 m.s.n.m
30
5.2
Cálculo de Caída de Tensión
5.2.1
Parámetros de los conductores
a)
Resistencia de los conductores a la temperatura de operación se calculará mediante la siguiente fórmula. R1 = R20 [1 + 0,0036 (t - 20°)] R20 = Resistencia del conductor en c.c. a 20°C, en ohm/km t = 20 °C t = Temperatura máxima de operación, en °C.
b)
Reactancia inductiva para sistema trifásico equilibrados Las fórmulas a emplearse serán las siguientes:
L = 377 (0.5 + 4.6 Log. DMG) x 10-4, en ohm/km (r) DMG = Distancia media geométrica r = radio del conductor, en m c)
Reactancia Inductiva para sistemas monofásica a la tensión entre fases La fórmula es la misma que para sistema trifásicas, pero la distancia media geométrica (DMG) será igual a la distancia entre fases.
17
5.2.2
Cálculos de caída de tensión a)
Para sistemas trifásicos:
V % = PL 10VL2 V % = K1 PL b)
;
K1 = r 1 + X1 tg 10 VL2
Para sistemas monofásicos a la tensión entre fases:
V % = PL 10V2L V % = K2 PL 5.2.3
(r 1 + 1 tg )
(r 1 + X2 tg )
;
K2 = r 1 + X2 tg 10 VL2
Simbología:
V % = P = L = VL Vf = r 1 = = 1 2 = en ohm / km = K =
Caída porcentual de tensión. Potencia, en Kw. Longitud del tramo de línea, en km. = Tensión entre fases, en kV. Tensión de fase - neutro, en kV. Resistencia del conductor, en ohm / km. Reactancia inductiva para sistemas trifásicos en ohm/km. Reactancia inductiva para sistemas monofásicos a la tensión de fases, Angulo de factor de potencia. Factor de caída de tensión.
18
6.1
DETERMINACION DEL NIVEL DE AISLAMIENTO Criterios para la selección del nivel del aislamiento Los criterios que se toman en cuenta para la selección del aislamiento son los siguientes: -
6.2
Sobre tensiones atmosféricas Sobre tensiones a frecuencia industrial en seco Contaminación ambiental Tensión nominal entre fases (kV)
Tensión máxima entre fases (kV)
Tensión de sostenimiento a la onda 1.2/50
Tensión de sostenimiento a frecuencia industrial
22.9
25
125
50
Factor de corrección por altitud Los niveles de aislamiento consignado en el anterior cuadro son válidos para condiciones atmosféricas estándares debiendo corregirse por altitud. El factor de corrección por altitud es: FC = 1 + 1.25 (h -1000) x 10-4 Donde: h = Altitud sobre el nivel del mar, en m (3500) Fc = 1.3125 h = Altitud sobre el nivel del mar, en m (4500) Fc = 1.4375
Nivel de aislamiento de los equipos Tensión nominal entre fases (kV)
Tensión máxima entre fases (kV)
Tensión de sostenimiento a la onda 1.2/50
Tensión de sostenimiento a frecuencia industrial
22.9
25
125
50
19
6.3
Contaminación Ambiental Se considera un nivel de contaminación ligero. Longitud de la línea de fuga (L) m *U Lcm N * Donde: m : Coeficiente de suciedad 1.8 (zona agrícola y forestal sin industrias) U : Tensión nominal kV N : Número de aisladores δ : Densidad relativa del aire 0.7381
L(cm)
= 45.31 cm
Selección de aisladores Tensión disruptiva bajo lluvia a la frecuencia de servicio Uc = 2.1 * ( V * Fc + 5 ) Uc = 76.42 kV Uc = 82.66 kV CLASE ANSI A frecuencia industrial (kV RMS) Al impulso (kV pico) Longitud de fuga (mm) Tensión de perforación kV
Seco Húmedo Positivo Negativo
56-3 125 80 200 265 533 165
56-4 140 95 225 310 685 185
CARACTERÍSTICAS DE AISLADORES GOMA SILICON NORMAS DE FABRICACI N A frecuencia industrial (kV RMS) Al impulso (kV pico) Longitud de fuga (mm)
-
Seco Húmedo Positivo Negativo
ANSI 29.11, IEC1109 150 125 265 295 795
Es recomendable utilizar aisladores clase ANSI 56-3 que tiene una longitud de fuga de 533mm, ANSI 56-4 que tiene una longitud de fuga de 685mm y ANSI 52-3 para suspensión o anclaje con dos discos o aisladores goma silicón de 650mm de longitud de fuga.
20
SELECCIÓN DE PARARRAYOS Para obtener los mayores márgenes de protección hacia los equipos contra sobre tensiones internas y externas, los pararrayos serán del tipo óxido metálico. Las selecciones de los pararrayos se definen por: - La tensión máxima de operación del sistema - Por el sistema de puesta a tierra - Por la importancia del sistema a proteger - Por la altitud de instalación. - Por la coordinación del aislamiento. Tensión nominal del pararrayos Unp
1
3
U max * Kf * Kd
Umax : Máxima tensión de servicio kV Kf : Coeficiente de falla a tierra (1.4 a 1.5 ) PAT , (1.7) NO PAT Kd : Coeficiente de desbalance o variación de tensión, (1.05 a 1.10 ) Unp = 21.22 Tensión nominal del pararrayos Máxima tensión de operación permanente Tensión residual del pararrayos para 10 kA Altura de trabajo
: 21 kV : 20.3 kV rms : 62.3 kV pico : 4200 msnm
SELECCIÓN DE SECCIONADORES FUSIBLE ALTITUD MÁXIMA DE INSTALACIÓN DE SECCIONADORES FUSIBLE SECCIONADOR FUSIBLE TENSIÓN NOMINAL NAB (kV) KV 7.8/15 95 15 110 15/27 125 27/38 150
TENSIÓN NOMINAL DEL SISTEMA 10 22.9-13.2 3000 4500 -
1000 2100 3900-4200
Se elige un seccionador fusible de 27 kV, 150 kV BIL.
21
