Diseño de Central Hidroelectrica y Linea de Transmision

DISEÑO DISEÑO DE CENTRAL HIDROELECTRICAS HIDROELECTRICAS Y LINEA L INEA DE TRANSMISION CONTENIDO 1.0

INTRODUCCION

2.0

ALCANCES AL CANCES DEL PROYECTO

3.0

GENERALIDADES

3.1

UBICACIÓN 3.1.1 3.1.1 Ubicación Ubicaci ón Política Polític a 3.1.2 3.1.2 Ubicación Ubicaci ón Geográfica

3.2

COMUNICACIÓN Y VÍAS DE ACCESOS

3.3

CONDICIONES TOPOGRÁFICAS Y CLIMÁTICAS CLIMÁ TICAS

4.0

ESQUEMA GENERAL DEL PROYECTO 4.1 CARACTERÍSTICAS DE LA C.H. NARANJOS II

5.0

DESCRIPCION DESCRIPCION DEL PROYECTO

5.1 0BRAS CIVILES 5.1.1 5.1.1 Caminos de Accesos Acceso s 5.1.2 5.1.2 Bocatoma Boc atoma y Toma 5.1.3 5.1.3 Canal Canal de Enlace y Aliv Aliviadero iadero de Demasía Demasía 5.1.4

Desarenador

5.1.5 5.1.5 Canal Canal de Conduc ción ció n 5.1.6 5.1.6 Obras de Arte 5.1.7 5.1.7 Cámara Cámara de Carga y Aliviadero Ali viadero

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

5.1.8 5.1.8 Tubería de Alta Presión 5.1.9 5.1.9 Canal Canal de Alivio Aliv io 5.1.10 5.1.10 Casa de Máqu Máquina ina 5.1.11 5.1.11 Canal de Desc Descarga arga 5.2

OBRAS ELECTROMECÁNICAS ELECTROMECÁNICAS 5.2.1 Turbina 5.2.2 Generador 5.2.3 Puente Puent e Grúa Grú a 5.2.4 5.2.4 Equipo Equip o Mecánic Mecánicos os Auxil iar 5.2. 5.2.5 5 Equipo Eléctrico Auxiliar 5.2.6 5.2.6 Diagrama Unifil ar General 5.2. 5.2.7 7 Valores Valores signif icativos del Proyecto

5.3

SUBESTACIÓNES 5.3.1 5.3.1 Característic as del Sistema Eléctrico Eléctri co 5.3.2 5.3.2 Descripció Descrip ción n de las Obras Eléctricas Eléctri cas 5.3.3 5.3.3 Alcances Alc ances de los Trabajos a Realizar Realizar 5.3.4 5.3.4 Protecc ión del Sistema Eléctri co 5.3.5 5.3.5 Flujo de Potencia 5.3. 5.3.6 6 Proyectos y Estudios Complementarios Complementarios

5.4

LÍNEA LÍNE A DE TRANSMISIÓN 5.4.1 Objetivo 5.4.2 Alcances 5.4.4 5.4.4 Descripció Descrip ción n del Proyect o 5.4.5 5.4.5 Criterio de Diseño 5.4.6 5.4.6 Selección de Materiales

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

ESTUDIO ESTUDIO DEFINITIVO DEFINITIVO DE L A C.H NARANJ NA RANJOS OS II

VOLUMEN Nº 2 : MEMORIA MEMORIA DESCRIPTIVA DESCRIPTIVA 1.0

INTRODUCCION

La Empresa Regional de Servicio Público de Electricidad del Oriente S.A., ELECTRO ORIENTE S.A., encargó al CONSORCIO NARANJOS efectuar el Estudio Definitivo de la Central Hidroeléctrica Naranjos II, en mérito a la Adjudicación de Menor Cuantía N° 0392009-EO-L Segunda Convocatoria derivada de la LP N° 012-2009-EO- L: “Elaboración de Estudio Definitivo y Ejecución de la Obra: Construcción de la Central Hidroeléctrica Naranjos II” que se formalizó formalizó con la suscripción del Contrato N° G -018-2010. El proyecto de la Central Hidroeléctrica Naranjos II ha sido concebido para suministrar energía eléctrica limpia al Sistema Eléctrico Interconectado Regional San Martin (SEISM), con una capacidad de generación de 9.75 MVA, construyéndose en dos etapas. En la primera etapa se instalaràn dos grupos hidroeléctricos haciendo un total de 6.5 MVA y en una segunda etapa etapa (futuro) un tercer grupo grupo de 3.25 MVA. La transmisión transmisión de la energía desde la Central hacia la SE Nueva Cajamarca se hará mediante una Línea en 60 kV, que en la primera etapa operará en 22.9 KV y en la segunda, operará en 60 KV. 2.0 ALCANCES AL CANCES DEL PROYECTO El proyecto abarca los aspectos de diseño y construcción de la Central Hidroeléctrica Naranjos II, que incluye los Estudios Definitivos de las Obras Civiles, Obras Electromecánicas, Subestaciones y Línea de Transmisión Eléctrica en base a los cuales se construirá la primera etapa de la Central. 3.0

GENERALIDADES

3.1. UBICACION 3.1.1 3.1.1 Ubicación Ubicaci ón Política Polític a El Proyecto: “Central Hidroeléctrica Naranjos II” está localizado en la zona

Noroeste del departamento de San Martín: Departamento Provincia Distritos Localidades

: : : :

Altitud

:

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MEMORIA DESCRIPTIVA

San Martín Rioja Pardo Miguel Miguel,, Awajun y Nueva Cajamarca San Agustín, Naranjos, Aguas Verdes, Tumbaru, Naranjillo, San Juan, La Unión y Nueva Cajamarca 1160 msnm. - 920 msnm.

Todas las estructuras del proyecto de la C.H. Naranjos II, se ubican sobre la margen izquierda del Río Naranjos.

UBICACIÓN DEPARTAMENTAL - PROVINCIAL

PROVINCIAL - DISTRITAL

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MEMORIA DESCRIPTIVA

3.1.2 3.1.2 Ubicación Ubicaci ón Geográfica El Proyecto: “Central Hidroeléctrica Naranjos II” está   localizado geográficamente,

entre las coordenadas UTM WGS84 18S: Para las obras de la Central Hidroeléctrica: Hidroeléctrica: UTMX

:

218,700 a 0’219,900 m.

UTMY

:

9’357,400 a 9’362,000 m.

Para la Línea Primaria de Transmisión a 60 KV: UTMX

:

UTMY

:

219,600 a 0’242,200 m. 9’348,300 a 9’361,100 m.

DISPOSICI DISPOSICIÓN ÓN GENERAL DE DE LAS OBRAS AGUAS  V VE RDE S NARANJOS

RÍO MAYO

CENTRAL HIDROELÉCTRICA

SAN AGUSTÍN

NARANJILLO

DISTRITO PARDO MIGUEL

L ÍN NEA P PRIMARIA  D DE TRANSMISIÓN CARRET. FERNANDO BELAÚNDE

NUEVA CAJAMARCA

DISTRITO AWAJUN Figura 1. Esquema y ubicación de las obras proyectadas para la Central Hidroeléctrica

Naranjos II

3.2 COMUNICACIÓN Y VÍAS DE DE ACCESO La comunicación a la zona del proyecto mediante la vía aérea se puede efectuar desde la ciudad de Lima mediante vuelo comercial de 1.00 hora hasta la ciudad de Tarapoto; a partir de ahí se puede acceder por vía terrestre, a través de la Carretera Fernando Belaúnde Terry, en 3.5 horas aproximadamente pasando por las ciudades de Moyobamba, Rioja y Nueva Cajamarca hasta llegar a la localidad de Naranjos. El acceso por tierra al proyecto se efectúa mediante la principal vía de acceso desde la ciudad de Lima es a través de la carretera Panamericana Norte pasando por las ciudades de Chimbote, Trujillo y Chiclayo hasta el cruce de Olmos; a partir de ahí y

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en dirección Este, se ingresa a la Carretera Fernando Belaúnde Terry la que pasa por las ciudades de Bagua y Pedro Ruíz hasta llegar a la localidad de Naranjos en aproximadamente 22 horas desde Lima en un recorrido de 1,387 Km. De la localidad de Naranjos se sigue en una trocha carrozable de 5.4 km. de distancia y en 25 minutos en carro se llega a la localidad de San Agustín; a partir de donde se accede, a la zona del proyecto, a través caminos de herradura en un tiempo variable de 30 minutos a 1 hora. 3.3 CONDICIONES TOPOGRÁFICAS Y CLIMÁTICAS La zona de intervención de la C. H. Naranjos II propiamente dicha, se ubica entre los niveles 1,150 msnm. y 1,062 msnm. Las condiciones topográficas de la zona son de planicie y montaña de selva, donde es frecuente paisajes de invernas, lomas y quebradas onduladas estrechas que se suceden unas a otras, formando faldas de montañas altas con colinas de diferentes pendientes y relieve. Entre las lomas y quebradas se explayan áreas de relativa baja pendiente, lugar donde crece la vegetación propia de la selva media (especies frutales, café, etc.), las que sirven de alimento a las especies silvestres, animales domésticos y aves. La zona de trazo de las Líneas de Transmisión de la C.H. Naranjos II”, se ubica

entre los niveles 1,060 msnm. y 920 msnm. Las condiciones topográficas de la zona son de planicie y valle de selva con pendientes mínimas donde se cruzan algunos riachuelos y quebradas poco profundas; así como algunas lomadas suaves y no muy altas. La mayor parte del trazo de la Línea de transmisión se desarrolla paralelamente a la carretera Fernando Belaúnde donde se ubican la mayoría de los pueblos y ciudades principales de la provincia; así como la agricultura intensiva, principalmente arroz, pastizales y frutales. El clima en ambas zonas tiene las características propias de un trópico húmedo y se caracteriza por fluctuaciones en su temperatura media, que varía desde los 26° C hasta los 15° C de acuerdo al incremento de altitud. Las precipitaciones anuales oscilan desde menos 1,000 mm. hasta los 2,000 mm., concentradas entre Octubre y Abril. El período seco se presenta los meses de Mayo a Septiembre. 4.0

ESQUEMA GENERAL DEL PROYECTO La Central hidroeléctrica Naranjos II funcionará con las aguas del río Naranjos, afluente del río Mayo; derivándolas en la cota 1,149.50 m.s.n.m. de su cauce mediante una bocatoma de barraje mixto (una parte fijo y el saldo barraje móvil de compuertas), que derivará un caudal de 12.65 m 3/s por su margen izquierda hacia la toma. En el plano Nº CHN-BT-02 se puede ver la disposición de la planta de la Bocatoma.

El canal proyectado entre la toma y el desarenador es denominado Canal de Enlace y el canal entre el Desarenador y la Cámara de Carga es denominado Canal de Conducción. El Canal de Enlace es de sección rectangular de concreto armado, se empalma con la transición de entrada al Desarenador. El Desarenador es de tres naves y su transición de salida termina con el inicio del Canal de Conducción. El Desarenador tiene limpia continua en época de lluvias utilizando en dicho proceso 1.15 m3/s de caudal, de tal VOLUMEN Nº 2  –

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modo que al Canal de Conducción pasan solamente 11.5 m3/s que es el caudal nominal de la Central Hidroeléctrica. El Canal de Conducción es una tubería de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) de 2.60 m. Ø y 3,888.43 m. de longitud; el cual entrega sus aguas a la Cámara de Carga. Las dimensiones del Desarenador permiten sedimentar partículas mayores a 0.4 mm de diámetro; si por mal funcionamiento de este pasarían partículas mayores, la Cámara de Carga ha sido diseñada a manera de estanque decantador que sedimenta partículas mayores a 0.4 mm de diámetro de modo que los rodetes Francis recibirán el chorro con partículas de tamaño no mayor a 0.4 mm, haciendo que el desgaste sea normal, pues está establecido que para rodetes Francis en saltos de 0 a 200 m, el chorro puede arrastrar partículas de tamaño máximo 0.4 mm y siendo el salto de Naranjos II de sólo 81.47 m el desgaste será en periodo normal. De la Cámara de Carga (cota espejo de agua 1146.703 msnm), parte la Tubería de Presión pendiente abajo hasta la Casa de Máquinas (cota 1062.26 msnm) en cuyo nivel entrega sus aguas a tres derivaciones de 1.27 m Ø y éstas a su vez entregan 3.83 m 3/s de caudal a sendas turbinas Francis de 720 rpm las que mueven coaxialmente a sus respectivos generadores de 3.25 MVA. La tubería de presión es de acero estructural y tiene un diámetro de 2.2 m, el espesor varía desde 6.35 mm hasta 18 mm desde la Cámara de Carga a la Casa de Máquinas, según como soporte el tramo el nivel de presión que corresponda a la columna de agua. Al costado izquierdo de la Cámara de Carga se ha previsto un vertedero de demasía con capacidad para evacuar hasta 11.5 m3/s de caudal en el caso que se tenga que cerrar las válvulas de admisión en la Casa de Máquinas. Los caudales de excedencia durante la operación de la hidroeléctrica serán vertidos en el primer tramo del Canal Aliviadero que contornea la Cámara de Carga de 39.74 m., el segundo tramo del canal cambia la dirección del primero en 75º con una sección de 2.50 x 2.40 m. y de 10.06 m.de longitud, en donde recibe el caudal de purga del estanque decantador hasta terminar en una caja de toma tipo Buzón-o-cámara de carga que da inicio a un tercer tramo del canal de alivio de tubería enterrada de acero estructural de 1.65 m Ø y 398.69 m. hasta la progresiva 0+419, donde entrega sus aguas a un canal rectangular de concreto en rápida y posa de disipación, previa a su descarga al río Naranjos en la progresiva 0+460 y cota 1059.36 msm, de modo que asegura que el nivel de máximas del río no inunde la Casa de Máquinas. Las aguas turbinadas son vertidas en el Canal de Descarga que las conduce hasta la poza de disipación del Canal Aliviadero y luego devueltas al río Naranjos. Ver el plano PLANIMETRÍA GENERAL Nº CHN-T 00. El Patio de Llaves ubicado al costado de la Casa de Máquinas alberga un transformador de potencia de 10/6.5/10 MVA, 4.16/22.9/60 KV de donde parten (Etapa final) dos Líneas en 22.9 y 60 KV en terna simple con destino al Caserío Tres de Mayo ubicado al costado de la carretera asfaltada Fernando Belaunde, en donde la Línea en 22.9 KV se interconecta a la Línea existente que alimenta a los pueblos de Aguas Claras y otros. La Línea en 60 KV continúa hacia la Subestaciòn “Nueva Cajamarca” siguiendo una ruta paralela a dicha carretera. En la primera etapa del proyecto la línea en 60 KV operará en 22.9 KV habiéndose previsto los armados correspondientes y una celda de llegada a la SE Nueva Cajamarca en la que se interconecta con el Sistema Eléctrico Interconectado

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Regional San Martín. Cuando se implemente la segunda etapa de la Central la potencia generada será de 9.75 MVA, para entonces la línea operará en 60 KV. 4.1

CARACTERÍSTICAS DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

En el cuadro siguiente se puede ver los valores y datos significativos del proyecto: VALORES Y DATOS SIGNIFICATIVOS DEL PROYECTO Ubicacion Departamento Distrito Rio Coordenadas Geograficas UTM WGS84 18S UTMx UTMy Acceso (Long. Aprox): Panamericana:Lima-Chiclayo (Cruce Olmos). Km, hr Carretera: Cruce Olmos-Bagua - Pedro RuizNaranjos. Km, hr Trocha Carrozable: Naranjos  – Casa de Maquinas, km, hr Caudal Promedio Anual, m 3/s (rìo Naranjos) Caudal Ecológico, m 3/s Caudales Máximos,a 20,50,100 años retorno Bocatoma: tipo, Longitud m Toma: Caudal m3/s, Altitud fondo msnm, Altitud máximo, msnm Desarenador: Caudal m3/s, No Naves, Velocidad m/s, deposición de partículas mayores de : Conducción; ,material, Caudal máxima m3/s, Caudal de diseño m3/s, Diámetro m, Tirante m, Velocidad m/seg, Longitud m Cámara de carga: caudal m3/s, Capacidad m3, Cota de fondo msnm, Cota nivel agua Máxima msnm, cota de nivel de agua mínima msnm. Tubería de presión: Material, Caudal m3/s, Diámetro m, Perdidas: Para 1,2 y 3 maquinas. m Tipo de Casa de Maquinas Cota de Restitución (11.5 m3/s), msnm Cota de Restitución (3.83 m3/s), msnm Caída Total Bruta, m Caída Neta:1,2,3 maquinas, m Caudal de la Planta, m 3/s Tipo de Turbina Válvulas de Entrada de Turbina Número de Unidades Capacidad Nominal de Turbina, MW Capacidad Nominal del Generador, MVA

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Naranjos San Martin Pardo Miguel Naranjos 218,700 a 0´219,900 9¨357,400 a 9´362,000 780, 12 385,10 7, 1 12.40 1.24 256,340.5,438.5 m3/s Barrage mixto, 27 12.65, 1149.74,1150.09 12.65,3,0.6, 0.4 Tubería de PRFV, 11.5, 11.5, 2.60,2.40, 2.45, 3,888.46 11.5, 3,700, 1142.23, 1146.603, 1143.84 Acero, 11.5, 2.20 0.518,1.94,2.9 Superficial 1062.26 1061.90 84.37 83.85, 82.43,81.47 11.5 Francis de Eje horizontal Mariposa 3 2.84 3.25

Capacidad Nominal de la Planta MVA Transformador, número; MVA; kV Longitud de Línea de Transmisión, km; No. de Circuitos Interconexión: Lugar; Voltaje, kV Capacidad Entregada, MW (SE. Cajamarca) Energía Promedio Anual Entregada, GWh Factor de Planta, %

9.75 1; 10/10/6.5; 4.16/60/22.9 37; 1 SE. Nva.Cajamarca, 60 7.73 58.203 80

5.0 DESCRIPCION DEL PROYECTO 5.1 OBRAS CIVILES 5.1.1 Caminos de Acceso Los caminos de accesos son obras preliminares de capital importancia en la programación y desarrollo de los trabajos de construcción de las obras e instalaciones correspondientes a la Central Hidroeléctrica de Naranjos II. En tal sentido, como obras preliminares se han proyectado las siguientes:

a) Rehabilitación y Mejoramiento del Camino de Acceso Principal La misma consiste en los trabajos de rehabilitación y mejoramiento de la trocha carrozable existente con dirección al poblado de Sánchez Carrión. Se inicia en el Km. 5+611 del camino de Naranjos  – San Agustín y se dirige hacia el río Naranjos al que lo cruza mediante un puente de concreto en el Km. 0+250; y en cuya margen izquierda se ubicarán las obras de la casa de máquinas, subestación y canal de descarga. La trocha continúa paralelamente y aguas arriba del río hasta el caserío de Corazón de Jesús donde termina en el Km. 2+070. Dicha rehabilitación y mejoramiento consisten en trabajos de corte, relleno, compactación y nivelación de la plataforma existente, según plano elaborado; así como la colocación de un afirmado de 4.60 m. de ancho y 0.20 de espesor en toda su longitud. b) Construcción Caminos de Acceso a Obras partir del camino de acceso principal rehabilitado y mejorado se han proyectado dos (02) caminos de acceso adicionales hacia dos (02) frentes de obra y camino de servicio del canal de conducción, de manera que se configure una interconexión entre todas las obras proyectadas, canteras, fuentes de agua y depósitos de material excedente. A

El camino de acceso Nº 01 parte de la progresiva 1+378.86 del acceso principal y termina en la progresiva 3+740 del canal de conducción, con una longitud de 642.94 m.; estableciendo un frente de trabajo para el tramo final del canal de

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conducción, la cámara de carga y los tramos iniciales de la tubería de presión y canal de alivio. El camino de acceso Nº 02 continúa desde el final del camino de acceso principal (Km. 2+070) hasta la progresiva 2+272 del canal de conducción, con una longitud de 535.21 m. Por este camino y a través de camino de servicio del canal de conducción se llega a la zona de emplazamiento de la bocatoma, toma, canal de enlace, desarenador y del propio tramo inicial del canal de conducción, constituyéndose en la ruta crítica inicial de la C.H. Naranjos II. Ambos accesos a obras, tendrán las mismas características geométricas que las del acceso principal. 5.1.2 Bocatoma y Toma La bocatoma, estructura incluida dentro del conjunto de obras que contempla el esquema hidráulico, resulta ser una de las obras principales del sistema, la que mediante su performance deberá garantizar la derivación del caudal de diseño. a) Ubicación Las obras de captación, se ubican en el cauce del río Naranjos en la cota 1150,50 msnm, habiendo incidido de manera particular en la elección del sitio las características hidráulicas fluviales que presenta el tramo del río en el cual se considera ubicar esta obra, observándose que aguas arriba del eje de la bocatoma, el río se aproxima en tramo recto. En el sistema de control horizontal absoluto del IGN (WGS 84), el inicio de la bocatoma se determina con el punto BT-N-P1, de coordenadas UTM: 218 875,460 E, 9 357 420,918 N. b) Condiciones geológicas  – geotécnicas La bocatoma, se emplazará en el cauce del río que corresponde a depósitos fluviales; la margen izquierda está constituida por material aluvial de terrazas recientes y coluvial conformado por grava con limo con bloques de caliza y arenisca de tamaños medianos y grandes; la margen derecha corresponde a terrazas aluviales recientes. Las condiciones de cimentación para dicha estructura son apropiadas sobre depósitos aluviales y fluviales. c) Parámetros básicos de diseño 

Caudal de avenida para un periodo de retorno de 100 años: 438,50 m 3/s.



Pendiente promedio del río:

0,022.



Ancho promedio del cauce del río:

32,00 m.



Coeficiente de rugosidad de Manning:

0,045.



Tirante normal del agua para el caudal de máxima avenida: 3,46 m.

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c) Selección del tipo de captación. Teniendo en cuenta que la obra de captación o bocatoma, por su trascendencia en la operación del Proyecto está identificada como una de las obras más importantes e incidentes en el éxito del sistema propuesto, es que resulta de vital importancia que se garantice su correcto y oportuno funcionamiento, considerando que las consecuencias que podrían derivarse de una eventual falla son muy grandes, y pondría en riesgo la operación de todo el Proyecto. Razón por la cual el diseño de la estructura propuesta se proyecta de concreto reforzado, privilegiando el aspecto técnico antes que el aspecto económico, sobre otras soluciones de menor capacidad en términos de estabilidad frente a las mismas condiciones de presencia de la avenida máxima de diseño. Se ha seleccionado una toma convencional de derivación lateral, ubicando un barraje mixto compuesto de barraje fijo y el barraje móvil adyacentes a la ventana de captación, muros de encauzamiento tomando en cuenta los niveles en las máximas avenidas y la captación del caudal nominal de diseño en épocas de estiaje. d) Descripc ión de la estructu ra Estructura de captación, proyectada íntegramente de concreto, de forma convencional de 37.30 m de longitud por 33,20 m de ancho, emplazada en el cauce del río Naranjos, aproximadamente sobre la cota 1 151,75 msnm, con elementos de enrocado ubicados aguas arriba del barraje, los que prevén garantizar la aproximación del caudal del río hacia la bocatoma para asegurar la operación de captación, adicionando la disposición de muros ubicados en ambas márgenes del río. La estructura de captación se proyecta conformada por los siguientes elementos principales: barraje fijo, y barraje movil, poza disipadora de energía, muros de encauzamiento, canal de limpia, ventanas de captación, puente de maniobras para operación del sistema de izaje, equipamiento mecánico que incluye rejillas, ataguías, compuerta en el canal de limpia; además, de las obras de protección ubicadas inmediatamente aguas abajo, como enrocado a continuación de la poza disipadora y diques de enrocado dispuestos aguas abajo para encauzamiento y protección de ambas márgenes. El canal de limpia, se proyecta de 9,05 m de largo y contiene dos espacios para instalación de compuerta y ataguía, ancho de 2,00 m y 3,00 m de limpia conformados entre tres muros y de una altura de 6,41 m. Sobre éstos se proyecta un puente de maniobras de 5,80 por 6,80 y 16,0 por 2,30 m constituido por una losa aérea de 0,20 m de espesor, elemento necesario para instalar el sistema de izaje para operación de las compuertas. Complementariamente frente a las compuertas se proyectan ranuras para instalación de ataguía prevista con fines de impedir el paso del agua cuando se realice el mantenimiento o reparación de esta compuerta. El barraje fijo, componente principal de las obras de captación de 27,00 m de longitud, por 2,25 m de alto en el frente de aguas arriba, proyectado en el cauce del río, que garantizará la condición de carga de agua frente a las ventanas de

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captación. Estará conformado de concreto reforzado y cuya superficie estará revestida con piedra canteada anclada a la estructura mampostería de piedra de 0,25 m, de espesor, cuya cresta se desarrollará en función de la expresión, y = 0,50X 1,85/Hd 0,85, continuando aguas abajo en talud de 45º con la horizontal. Aguas abajo del barraje fijo, se ubica la poza disipadora de energía, de 22,80 m de longitud por 33,80 m de ancho y 3,00 m de profundidad, se plantea revestida con mampostería de piedra de 0,25 m de espesor, conteniendo tubos drenes de subpresión de 4” de diámetro, terminando en un dentellón de 2,50 m de profundidad por 1,00 m de espesor. A los costados de la poza se ubican muros que alcanzan una altura de 3,38 m sobre el nivel de la poza. Aguas abajo con fines de protección contra la erosión se proyecta un enrocado de 5,00 m de largo por 0,80 m de espesor. Sobre la margen izquierda se proyectan las ventanas de captación (2), de 6,50 m de longitud por 1,25 m de alto, las que prevén el ingreso de agua por rebose, así en periodos de estiaje captarán con la carga de agua que proporcionará el barraje con la compuerta cerrada y en el periodo de avenidas con la compuerta levantada parcial o totalmente. Los muros que conforman estas ventanas incluyen ranuras para la instalación de rejillas que impidan el ingreso de elementos flotantes y material grueso. Aguas abajo se desarrolla un desripiador y dos compuertas de cabecera o de regulación al inicio del canal de enlace, incluidas sus respectivas ataguías. Para fines de garantizar la aproximación controlada del caudal de escorrentía hacia la zona de bocatoma, dentro de la sección considerada, aguas arriba se proyectan muros de encauzamiento en ambas márgenes. Finalmente el Proyecto considera obras de seguridad como diques de enrocado de sección trapezoidal en ambas márgenes, con taludes (V/H) 1/1,5, aguas abajo de 5,00 m, de longitud en la margen izquierda y 5,00 de longitud en la margen derecha.

e)

Características de la estructu ra.

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                

f)

Material que conforma la bocatoma Cota de ubicación de la bocatoma Avenida máxima de diseño (Tr = 100 años) Ancho de la bocatoma Longitud del barraje fijo Cota de la cresta del barraje fijo Material que conforma el barraje fijo

Concreto 1 149,50 msnm 438,50 m 3/s 33,80 m 27,00 m 1 151,75 msnm Concreto 210 Kg/cm2 y Concreto Ciclópeo Longitud del barraje móvil 5,00 m Longitud poza disipadora 22,80 m Ancho poza disipadora de energía 33,80 m Cota fondo poza disipadora de energía 1 145,822 msnm Caudal máximo de captación 12,65 m 3/s Cota de captación 1 150,50 msnm Altura del umbral de captación 1,00 m Cota del puente de operación 1 156,11 msnm Compuerta de regulación (2,15 x 1,35 m.) (2 und.) Enrocado de protección a continuación de la 5,00 m poza

Aspectos constructivos y materiales de construcc ión Los elementos principales de la estructura estarán conformados por concreto reforzado en muros y losas, con protección y diques de enrocado. 







La estructura vertedora proyectada en el cauce del río Naranjos, prevé el tránsito de la avenida máxima de diseño de 438,5 m 3/s mediante la operación combinada del barraje móvil (compuertas y canal de limpia), barraje fijo y muros de encauzamiento. El caudal máximo de diseño de derivación, a ser captado por rebose a través de dos ventanas de la toma propiamente dicha, se ha definido en 12,65 m 3/s, caudal que incluye el necesario para realizar la operación de purga en el desarenador (10% del caudal máximo a turbinar). Para eliminar en época de avenidas, el mayor ingreso de agua por las ventanas de captación de la toma, se ha dispuesto de un aliviadero lateral en la cámara de captación, que por reboce entregará sus aguas al correspondiente canal de alivio. Igualmente, para eliminar el ingreso de sólidos de fondo y en suspensión, se ha proyectado, al final de la cámara de captación y aliviadero, un desripiador que consiste en una ventana de ingreso hacia el canal de alivio controlado por compuerta de 2.00 x 1.40 m. sobre el muro del aliviadero; y una ventana de salida libre en el muro lateral izquierdo de la bocatoma hacia la poza de disipación que devuelve al río, junto con los mayores caudales, el material grueso captados.

5.1.3 Canal de Enlace y Aliviadero de Demasía

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MEMORIA DESCRIPTIVA

El canal de enlace nace en la compuerta ubicada al extremo de la cámara de captación, con una sección rectangular de 3.00 m de base por 2.50 m. de altura y pendiente de 0.1% para transportar el caudal 12.65 m 3/s. El canal de enlace de concreto armado f´c = 210 kg/cm2 será abierto en el total de su longitud; se inicia en la progresivas 0+000 con una cota de rasante de 1149.46 y termina en el Km. 0+095.65 con la cota de su rasante en 1149.37. Siendo sus características geométricas e hidráulicas las siguientes:

En el muro lateral derecho del canal de enlace, a partir de la progresiva del km. 00+071, se constituye el aliviadero de demasía, que consiste en el rebaje y redondeo de una longitud de 21.00 m. de su borde superior a la altura del tirante hídrico del canal (2.05 m.), de manera que se elimine cualquier mayor caudal al del diseño (12.65 m3/s.). Este mayor caudal se recoge en el canal lateral de demasía de 1.50 m. de base por 2.50 m. promedio de altura de concreto armado de f´c = 210 kg/cm2 y de 1.0% de pendiente, que corre paralelamente al canal de enlace hasta el final del aliviadero; en donde con un ángulo de 66º, se desvía en dirección al río Naranjos como canal cerrado de descarga de concreto armado de f´c = 210 kg/cm2, de 1.80 x 1.40 m. de sección y 40.00 m. de longitud, con una pendiente de 3%. 5.1.4 Desarenador Las obras correspondientes al desarenador serán de concreto armado de f´c = 210 kg/cm 2, se inician al término del canal de enlace (progresiva 0+135.57 y cota de rasante 1149.27 m.s.n.m.; y consta de una primera transición de 4.00 m. de longitud del canal aductor a canal triple a fin de conectar por separado a las 03 naves; seguido de una zona recta techada de 3.00 de longitud donde se ubican las ataguías y compuertas de control. Desde este punto se inicia la transición de 15.00 m. de longitud de ingreso al desarenador propiamente dicho

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

con un ancho por nave de 4.50 m y un total de 15.50 m. que incluye los 04 muros divisorios de 0.50 m. de espesor cada un, con una longitud de 27.00 m. que termina en el aliviadero de descarga con perfil hidráulico hacia la transición de salida con una longitud de 17.00 m. para terminar en un canal rectangular de 2.60 m. de ancho en cuya entrada se dispondrá de una rejilla de platinas de fierro de 3/8” x 1” de 2.60 m. de alto e inclinada a 60º , a continuación de la cual se ubica una ataguía de cierre para labores de mantenimiento Adicionalmente, y antes del inicio del canal de conducción, se construirá un canal cerrado rectangular de 2.60 x 2.60 m. de sección y 6.00 m. de longitud, también de concreto armado de f´c = 210 kg/cm2, que sirva de pontón de cruce del acceso a ambas márgenes del desarenador y para el desarrollo de la transición del canal rectangular a canal circular entubado de conducción. El caudal total para el diseño del desarenador lo establecemos en 12.65 m 3/s, es decir 10 % mayor al caudal de diseño de la central hidroeléctrica; que servirá para el arrastre por el conducto de purga hacia el río de las arenas que se vayan depositando en el fondo del desarenador. Las dimensiones del desarenador permiten una velocidad de ingreso de 0.60 m/s que en la longitud determinada aseguran la deposición de partículas de arena mayores a 0.4 mm. 5.1.5 Canal de Conduc ción Por las condiciones de fuerte pendiente transversal del terreno en gran parte del trazo del canal y por el ancho no menor a 9 m. para su plataforma, que debe incluir el necesario camino lateral de servicio; van a resultar taludes de cortes de considerable altura que pueden ser desestabilizado por las aguas de lluvias y escorrentía que se dan en la zona y que producen frecuentes e inevitables deslizamientos, derrumbes y desprendimientos de rocas, que afectarán a los canales descubiertos que se construyan con graves y costosas reparaciones e interrupciones en el suministro hídrico. Por esta razón se ha reemplazado el canal trapecial de concreto armado de conducción propuesto en el estudio de factibilidad, por un canal entubado enterrado o semienterrado, con las siguientes ventajas técnicas adicionales: 

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Mayor eficiencia en la conducción hidráulica por la menor rugosidad del tubo de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV). Menor pendiente hidráulica de 0.2 % a 0.1 % con una menor pérdida de altura de carga hidráulica de 1.00 m. por cada kilómetro de canal; Se reducen casi al 100% las pérdidas de agua por evaporación, filtración y/o sifoneo de los agricultores de la zona; Se evita el ingreso de ramas, follaje, plásticos y otros cuerpos flotantes en el canal de conducción que atoren las rejillas de ingreso a la cámara de carga; Mayor control de calidad del proceso constructivo con menores tiempos y costos; Menores costos de mantenimiento.

El canal de conducción entubado se inicia al término de la transición del canal rectangular de concreto armado ubicado después del desarenador (Km. 0+000) VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

y recorre sobre las laderas de la margen izquierda del rio Naranjos hasta terminar en el km 3+888.43 a la entrada de la transición a la cámara de carga con la cota de fondo del canal o rasante de 1144.59 m.s.n.m. Las características hidráulicas del único tipo de sección que posee este canal son:

Para el mantenimiento del canal se ha previsto un camino paralelo por la margen izquierda de 4.00 m de ancho en toda su longitud con pavimento de afirmado de 0.20 m. de espesor, además de cunetas de protección de 1.00 y 0.40 m. de profundidad. Las características y especificaciones del Canal de Conducción Entubado se detallan en los planos CHN-CC-00, 01, 02, 03 y CHNCC-04

5.1.6 Obras de Arte El eje del canal de conducción entubado, atraviesa diecisiete (17) quebradas con eventuales caudales de aguas, que requerirán de obras de arte para el cruce de las mismas. De acuerdo con las cotas del terreno con respecto a la tubería del canal se han definido y ubicado las siguientes obras de arte:

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RELACION DE OBRAS DE ARTE N°

PROGRESIVA

OBRA DE ARTE

Q (m 3/seg.)

01

0+203.00

CANOA - BADEN

1.25

02

0+431.00

CANOA - BADEN

1.41

03

0+578.00

CANOA - BADEN

0.20

04

0+661.00

CANOA - BADEN

0.42

05

0+753.00

ALCANTARILLA

0.46

06

0+917.50

CANOA - BADEN

1.32

07

1+230.10

ALCANTARIA

1.48

08

1+300.00

CANOA - BADEN

0.43

09

1+330.00

CANOA - BADEN

0.66

10

1+700.00

ALCANTARILLA

1.32

11

1+985.55

CANOA - BADEN

2.02

12

2+460.00

ALCANTARILLA

1.34

13

2+606.00

CANOA - BADEN

0.09

14

2+840.00

CANOA - BADEN

0.29

15

2+970.00

ALCANTARILLA

0.15

16

3+303.20

CANOA - BADEN

0.51

17

3+562.50

CANOA - BADEN

0.28

Las condiciones hidrometeorológicas de la zona y las características morfológicas de las micro cuencas que alimentan a las quebradas, producen eventuales máximas escorrentías que requieren el dimensionamiento de las estructuras de cruce. En tal sentido, en las quebradas Nºs 05, 07, 10, 12 y 15 se han diseñado alcantarillas que cruzan transversalmente y por debajo el canal entubado y camino de servicio mediante tuberías metálicas corrugadas de Ø 0.70 m., la que disponen de cabezales de ingreso y salida de muros concreto simple de f´c = 175 Kg/cm 2, a fin de proteger el relleno de la tubería y encauzar el flujo de agua por su curso natural. Con el propósito de evitar la obturación de las alcantarillas con ramas de árboles y follaje; así como, facilitar las labores de inspección y mantenimiento, se ha calculado el diámetro de la alcantarilla para caso mas desfavorable (1.34 m 3/seg.) mas 100% de sobredimensionamiento. Para el resto de las quebradas se han diseñado las canoas de concreto f´c = 175/kg cm 2, apoyada sobe la parte superior del tubo de conducción con un espesor mínimo de la losa de 0.30 m. La sección hidráulica de la canoa es de 0.30 x 2.00 m. y pendiente de 2%. La canoa mediante una rápida sobre el talud de relleno de la tubería, descarga sus aguas sobre un badén, también de concreto simple de f´c = 175 Kg/cm 2, de 4.00 x 4.00 m. de lados y 0.30 m. de espesor, para el pase de las aguas sobre el camino de servicio. 5.1.7. Cámara de Carga y Vertedero

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MEMORIA DESCRIPTIVA

a) Condiciones topog ráficas La cámara de carga se ubica en la margen izquierda del río Naranjos, a la altura de 1 146.70 msnm en una ladera de relieve muy uniforme y con aproximadamente 35° de pendiente. El trazo del proyecto de cámara de carga sigue el alineamiento de las curvas de nivel del terreno involucrado. Esta situación presenta una topografía del área accesible y manejable, permitiendo implementar adecuadamente las obras. b) Parámetros básicos de diseño Consta de un estanque principal o decantador y la cámara de carga propiamente dicha; se ha diseñado para un caudal nominal de llegada de 11.50 m3/s, las dimensiones de la estructura, además de funcionar como desarenador terminal para sedimentar cualquier material mayor de 0,6 mm, almacenará un volumen de 1,773.99 m3, volumen que permitirá admitir situaciones de fluctuaciones en el nivel de las aguas a consecuencia de eventuales disturbios, por efecto de paradas bruscas de los grupos hidroeléctricos y apertura instantánea de cada turbina. El estanque principal, además de tener en consideración las fluctuaciones indicadas, tiene una función adicional, que es la decantación de los sólidos de fondo de menor diámetro que por diferentes causas puedan llegar hasta esta cámara de carga. El material decantado queda al fondo del estanque, en una canaleta de 1.20 m de ancho y pendiente de 0.0374 como elemento colector de dichas partículas, que serán eliminadas mediante una compuerta de purga de 1.10 m por 1.10 m, del tipo deslizante y maniobrada desde la superficie del estanque. Cuenta además con un sistema de descarga de demasías en su lado izquierdo, constituido por un vertedero de 35.00 m de longitud con un espesor de la lámina de agua sobre el vertedero de 0.30 m., con una descarga sin control hacia el canal de alivio. c) Factores básicos de diseño y dimension amiento Los factores básicos de diseño son:

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MEMORIA DESCRIPTIVA











Crear un volumen de almacenamiento de agua que permita satisfacer un arranque instantáneo de una de las turbinas Mantiene sobre la tubería una altura de agua suficiente para evitar la entrada de aire a la tubería Desaloja las aguas en demasías cuando no opera la turbina o cuando el caudal de agua consumido por el equipo turbina  – generador fuera inferior al de diseño Proporciona la conexión necesaria del sistema de conducción a tubería de presión Esta estructura decantará partículas de diámetros mayores a 0.4 mm con una velocidad de sedimentación de 0,338 m/s

d) Descripc ión de la estructu ra La estructura está conformada de las siguientes partes: 







En el sector: Llegada de Naranjos ubicada en la progresiva 3 + 888.426km Un aliviadero lateral de demasías de 35m de longitud permite la evacuación de hasta 11.50 m 3/s desde una cota de corona de rebose de 1,146.70 msnm y será evacuada por un canal lateral. Una transición de ingreso de 10m de longitud, que permite el ingreso de agua desde el canal de conducción  –  tipo circular de 2,6m de diámetro hacia la nave de 6,80m de ancho. El desarenador terminal conformado por una nave de 6,80 m de ancho, una longitud de 56,90m y 4,50m de altura. La superficie de fondo tiene una pendiente de 3,74% y una canaleta de 1,200m de ancho y altura variable de 000 a 1,95m, a lo largo del desarenador a fin de facilitar la evacuación de los sedimentos depositados. Permite decantar partículas mayores a 0.4 mm de diámetro.

e) La cámara de carga prop iamente dicha: 

Al final del estanque y como consecuencia de un cambio de dirección se ha dispuesto la Cámara de Carga propiamente dicha. Está diseñada para evitar la formación de remolinos o depresiones que produzcan la entrada de aire a la tubería de presión, sus dimensiones son 5.30 m. de ancho por 4.10 m. de longitud y una altura de agua de 4.40 m sobre la parte superior de la bocal de la tubería de presión. El Nivel de agua está a 1,146.70 msnm y un borde libre de 0.80 m, una profundidad de 8.10 m, cuyo eje está alineado con el eje de la Tubería de Presión.



La configuración del fondo de la cámara de carga propiamente dicha, permite la entrada del agua con baja velocidad y una transición que hace que se minimicen las pérdidas. Para las periódicas operaciones de

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MEMORIA DESCRIPTIVA

mantenimiento de dicha cámara se ha dispuesto de una escalera de servicio a la cámara de carga, la que se ingresa mediante un buzón de inspección. 

Para evitar la entrada de material flotante se ha previsto una rejilla metálica de 4.10 x 5.30 m, con platinas de 8 x 100 mm, espaciado centro a centro 40 mm, y montada con un ángulo de 72º respecto con la horizontal



Llevará una losa de maniobras de 0.25m de espesor, una baranda de protección de tubo galvanizado de 1 ½” de diámetro y de 0.9m de altura.

f)

Equipamiento hidromecánico

Está conformada por dos compuertas y una rejilla: 





Una (01) compuerta de apertura y cierre en la admisión a la Tubería de Presión de 3,50 x 3,50 m Una (01) compuerta de purga para evacuar y limpiar los materiales inadecuados sedimentados de 1.10 x 1.10 m Rejilla fina ubicada en la ventana de ingreso a la cámara de carga de 4,1 x 5,30 m.

5.1.8 Tubería de Alta Presión

a) Condiciones Topográficas La pendiente del terreno es bastante uniforme. El trazo de la tubería forzada se alinea con dirección oeste, por la máxima pendiente del terreno que en promedio tiene 40°, con ligera inflexión hacia la casa de máquinas. b) Condiciones Geológic o-Geotécnicas La tubería de presión se cimentará en depósitos coluviales y aluviales con lentes de arcillas y a mayor profundidad se asume material aluvial o roca meteorizada. c) Parámetros Básicos de Diseño La tubería de presión se dimensiona para un caudal de diseño de 11,50 m 3/s, caudal determinado como caudal nominal de diseño del equipamiento electromecánico.

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MEMORIA DESCRIPTIVA

d) Trazo de la Tubería La tubería de presión se inicia en la cámara de carga con entrada de forma abocinada. Controlada por una compuerta ubicada en el inicio de la Tubería de Presión y continuará hasta la casa de máquinas con los elementos necesarios de derivación para alimentar a dos turbinas. Se apoyará en bloques de concreto. Cuenta con ocho tramos, los que se separan por igual número de bloques de anclaje. e) Descripc ión de la Estructura El conducto forzado será de 2,20 m. de diámetro interior, será superficial y fijado en ocho (08) anclajes ubicados en los cambios de dirección o codos. En ocho (8) tramos de: 12,97, 48,16, 34,04, 67,87, 43,80, 36,72, 112,82, 23,06 y 3 x 7,26 m de longitud de 1.27 m. Ø que derivan 3.83 m3/s a cada turbina. Resultando una longitud total de 379.43 m en 2,20 mØ y tres tramos de 7,26 mØ del pantalón de distribución hasta la válvula de ingreso a las turbinas. Aguas abajo de cada bloque de anclaje se ha previsto juntas de dilatación, a excepción del primero y último tramo que entrega las aguas al equipo de generación. Además la tubería se apoya en elementos de concreto (sillas de apoyo) distanciados cada 4,50 mm. f)

Aspectos constructivos y materiales de construcci ón

El material del conducto forzado será de acero tipo ASTM A36 o P-EG-24. El diámetro interior del conducto es de 2,20m y en la derivación de 1,27 m con espesores que varían de 6,35 mm a 18 mm. Los apoyos y bloques de anclaje de la tubería forzada serán de las dimensiones indicadas en el plano correspondiente y de concreto ciclópeo f’c =

210 kg/cm 2 con 30% de P.M.

5.1.9

Canal de Alivio (Aliviadero de Demasías y Evacuación):

El canal de alivio o demasía de la cámara de carga consta de un primer tramo paralelo y pegado a la cámara en el muro lateral izquierdo que conforma el canal, es rectangular de 1.70 x 2,40 m. de sección y de 41.24 m.de largo con VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

muro exterior de 0.40 m. de espesor y losa de piso de 0.30 m. ambos de concreto armado de f´c = 210 kg/cm 2  ; el segundo tramo del canal cambia la dirección del primero en 75º con una sección de 2.50 x 2.40 m. y de 12.00 m.de longitud, en donde recibe el caudal de purga del estanque decantador hasta terminar en una caja de toma tipo Buzón-o-cámara de carga que da inicio a un tercer tramo del canal de alivio de tubería enterrada de acero estructural de 1.65 m. Ø hasta la progresiva 0+419 donde entrega sus agua a un canal rectangular de concreto en rápida y posa de disipación, previa a su descarga al río Naranjos en la progresiva 0+460 y cota 1059.36.msm.

a) Condiciones topogr áficas La pendiente del terreno es bastante uniforme. El trazo de la tubería forzada se alinea con dirección oeste, por la máxima pendiente del terreno que en promedio tiene 40°, con ligera inflexión hacia la casa de máquinas. b) Parámetros básicos de diseño El sistema de conducción de las demasías se ha diseñado para un caudal de evacuación de hasta 11,50 m 3/s, vertedero y canal de evacuación de las demasías. Por el mismo sistema en la parte terminal desalojar las aguas de purga o limpia de los sedimentos acumulados. c) Descripc ión de la estructu ra Aliviadero de demasías y evacuación: Borde libre y altura del vertedero 800 mm El vertedero lateral de control de demasías, se ha diseñado para una capacidad total de 11,50 m 3/s, en caso de ocurrir imprevistos y sea necesario el cierre instantáneo de las turbinas. Sección del canal vertedor será de 1,70m de ancho, y altura de 2,40m Caja de toma: ubicada después de la compuerta de purga, que se usará para desaguar las aguas de purga y luego se conducirá por medio de un conducto circular y que recibirá las aguas del canal vertedor La conducción tiene su inicio en el umbral de salida de la caja de toma, tiene una longitud total de 398,56 m tubería metálica enterrada para una capacidad de conducción de 11,50 m 3/s, en seis (6) tramos de: 14,98, 84,38, 61,28, 68,38, 119,96, 49,58 m y con pendientes negativos de 0.004, 0.3313, 0.2076, 0.3308, 0.0375 y 0.0741 respectivamente, que descargará a una estructura hidráulica de rápida y colchón de amortiguación y luego una entrega en forma de escalines al río Naranjos.

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

Sistema de colchón de amortiguación: Estructura rectangular de 39.90m de longitud y 4.00m de ancho. Recibe las aguas conducidas por la tubería enterrada y que consta de una transición de 2,00 a 4,00m y una longitud de 4,50 m, rápida de sección rectangular 4.00 m de ancho y una longitud de 17.5m, longitud del colchón de 14.0 m y 1.95m de espesor del colchón y posteriormente entrega a un canal de s = 0.003 y ésta a la vez entrega por medio de escalines al río Naranjos. d) Aspectos constructivos y materiales de construcción Los muros, losas de piso del canal vertedor, caja de toma y el canal de purga, así como los colchones de amortiguación de energía serán de concreto armado f´c = 210 kg/cm 2, acero de refuerzo fy = 4 200 kg/cm 2. El material del conducto forzado será de acero tipo ASTM A36 o P-EG-24. El diámetro interior del conducto es de 1.65 m de diámetro con espesor de 10,0 mm. Instalado en una zanja con apoyo de cama de arena y cubierto con material clasificado debidamente compactado y bloques de anclaje en los cambios de dirección de la tubería y serán de las dimensiones indicadas en el plano correspondiente y de concreto ciclópeo f’c = 20 kg/cm 2 con 30% de P.M.

5.1.10 Casa de Máquina e) Condiciones topogr áficas El sitio del emplazamiento de la casa de máquinas se encuentra en una cota de 1,063.145 msnm. f)

Condiciones geológicas

La casa de máquinas y la subestación se emplazarán en depósitos aluviales material de terraza, que presentan buenas características para la cimentación de dichas estructuras; no se ven afectados por ningún evento geodinámico. Pero se debe tener en cuenta las temporadas extraordinarias de lluvias que podría aumentar el cauce del río y provocar inundaciones; para tal efecto se construirán defensas ribereñas. g) Parámetros básicos de diseño La casa de máquinas está ubicada en la margen izquierda del río Naranjos, en la cota 1 063,145 msnm.

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MEMORIA DESCRIPTIVA

Para emplazamiento de la casa de máquinas será necesario implementar una plataforma adecuada, mediante la ejecución del corte y relleno necesario, previendo proteger el área mediante muros de contención en las riberas del río. Adyacente a la casa de máquinas será previsto cerco perimétrico, accesos, áreas de circulación de vehículos y se ha dispuesto el espacio necesario para maniobras de carga y descarga. h) Factores básicos de diseño y dimension amiento Se tiene como base la distribución del equipamiento electromecánico que en este caso consta de tres turbinas tipo Francis de eje horizontal, equipos eléctricos de control, protección y operación. i)

Descripc ión de la estructu ra

La plataforma del área a utilizar se encuentra sobre la cota de 1,063.145 msnm, en la cual se encuentra ubicada la casa de máquinas, canal de descarga y el patio de llaves (subestación de salida tipo intemperie) y acceso. Dicha plataforma tendrá una superficie de enripiado de 0,10 m de espesor con sus respectivas canaletas perimétricas que permitirán drenar el agua de lluvia, estará cercado en todo su perímetro. Se accede, mediante una vía a existente a desviar y habilitar.  j)

Edificio de casa de Máquinas

Será de forma rectangular de 29,90m de largo por 12,75m de ancho y 7,40m de alto y el piso terminado se ubica en el nivel 1,063.145 msnm. Su distribución permite la ubicación de tres turbinas de eje horizontal con sus respectivas canaletas de cableado, tableros de control, mantenimiento y operación y accesorios complementarios a las turbinas. Contará con un puente grúa y una zona de descarga y carga para facilitar la instalación y mantenimiento de los equipos. Además tendrá un ambiente de instalación del grupo Diesel de emergencia y sala de baterías, zona de tableros y celdas y en un segundo piso, una sala de control, mando y otra de comunicaciones. k) Aspectos constructivos y materiales de construcción La estructura del edificio es de concreto f’c = 210 kg/cm 2 y columnas y vigas de

estructuras aporticadas, albañilería de ladrillo y techo conformado por tijerales metálicas y cubierta con calaminas. VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

La cimentación de las máquinas (turbina  – generador) será de concreto armado f’c = 280 kg/cm2.

5.1.11 Canal de Descarga

El canal de descarga sirve para restituir las aguas turbinadas al río Naranjos. La cota del piso del canal de descarga en su inicio (1060.80) garantiza que estén sumergidos los tubos de descargas de las turbinas y evita la cavitación. El canal de descarga termina en la poza de disipación del sistema de aliviodemasías y luego, mediante un aliviadero protegido de la erosión por medio de muro escalonado de gaviones, se restituye las aguas al río Naranjos sobre la cota superior al a máximo nivel del caudal de la avenida centenaria. Descripción de la estructu ra El tramo inicial del canal de descarga será de forma rectangular de 4,0m de ancho y 2.34 a 2.60 m. de alto, de concreto armado de f’c = 210 kg/cm 2, en una longitud de 25 m., luego continua en doble canal entubado de 1.65 m de diámetro y 90 m de largo hasta su entrega en la poza de disipación del alivio. Los tubos son de poliéster reforzado con fibra de vidrio.

5.2

OBRAS ELECTROMECÁNICAS 5.2.1. Turbina La central está diseñada para operar con tres (3) unidades Francis de eje horizontal, pero que en primera etapa se instalaran dos unidades (1 y 2), quedando la tercera unidad para la Segunda Etapa. Las turbinas irán acopladas directamente a sus generadores y tendrán las siguientes características generales: A.- Características Generales 

Tipo

: Francis-horizontal



Caudal Nominal

: 3.83 m³/s



Velocidad Nominal

: 720 rpm



Potencia Nominal

: 2840 kW (Para carga 100%)



Diámetro rodete

: 0.76 m.



Altura de succión

: Hs= 1.09 m

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MEMORIA DESCRIPTIVA



Eficiencias

: Ver cuadro siguiente

B.- Eficiencias (Una Maquina) %

Caída

Capacidad

Eficiencia

de Descarga

neta

por Unidad

de turbina

de diseño

(m)

(MW)

(%)

100

83.85

2.84

90.12

80

84.04

2.37

93.76

60

84.18

1.71

90.26

40

84.29

0.94

73.85

30

84.32

0.56

58.82

C.- Solución grafica para el caso defin ido

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

El. 1062.26

5.2.2. Generador El generador será síncrono, del tipo de polos salientes, auto ventilado, protegido y acoplado directamente a la turbina con cojinete de pedestal y placa de anclaje. Sus características principales son: 

Tipo

: 3Ø –Síncrono-horizontal



Potencia nominal

: 3.25 MVA



Factor de potencia

: 0,9



Velocidad Nominal

: 720 rpm



Frecuencia

: 60 Hz



Tensión Nominal

: 4,16 kV ± 7,5 %



Excitación

: Sin escobillas



Clase de aislamiento

: Rotor: F. Estator F.



Frecuencia

: 60 Hz



Fases

:3



Conexión

: Directa al eje de la turbina

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA



Eficiencia

: Superior a 97%, a plena carga



5.2.3. Puente Grua La grúa de la casa de máquinas será del tipo viajera, accionada por motores eléctricos, y provista con un sólo carro y éste con su gancho principal y gancho auxiliar. La operación, tanto de los ganchos principal y auxiliar, se efectuará desde las respectivas botoneras suspendidas. La grúa está diseñada teniendo en cuenta las dimensiones de la casa de máquinas y de acuerdo con lo estipulado en la última edición de las Normas No. 70 de la “Crane Manufacturers Association of America, Inc. CMAA”, o cualquier otra

equivalente. La capacidad del gancho principal de la grúa así como los alcances y aproximaciones de éste a los rieles vía, serán de 15 TN. La capacidad nominal del gancho principal está definido como 110 % del peso de la pieza más pesada (rotor del generador). El gancho auxiliar será 3 TN. 5.2.4. Equipo Mecanico Auxiliar El equipamiento mecánico auxiliar de la Central está conformado por los siguientes elementos principales: 

Sistema drenaje de aguas contaminadas.



Sistema de agua de refrigeración



Sistema de lubricación y purificación de aceites



Sistema de aire comprimido



Sistema de agua potable



Sistema de ventilación y aire condicionado



Sistema de tratamiento de aguas negras de alcantarillado



Sistema contra incendio

5.2.5. Equipo Electric o Auxiliar El equipo principal de este sistema incluirá: 

Tablero de Servicios auxiliares (TSA)



Transformador de servicios auxiliares 4.16/(0.380/0.220) kV, 100 kVA



Generador Diesel 0.38/0.220 kV, 100 kVA



Tablero de transferencia 380/220 V

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA



Tablero auxiliares



Banco de baterías, rectificador, cargador, inversor (UPS)



Sistema de alumbrado e iluminación



Cableado de fuerza y control



Sistema de puesta a tierra

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

CONSORCIO NARANJOS 5.2.6. DIAGRAMA UNIFILAR GENERAL

VOLUMEN Nº 2  –

MEMORIA DESCRIPTIVA

JUNIO - 2010

5.2.7. Valores Signific ativos del Proyecto (Condic ión final) EQUIPO

DESCRIPCION

TURBINA Caudal de diseño (Qn), m3/s para 3, 2 y 1 grupos Caída neta de diseño al 100% de carga diseño, 3, 2 y 1 grupos

11.5, 7.66, 3.83 81.47,82.43, 83.85

Cota pelo de agua cámara de carga,

El. 1,146.63 m

Cota de restitución, diseño

El. 1,062.26 m

Tipo, No de unidades

Francis Eje Horizontal, 3

Capacidad de diseño (FINAL)

3 x 2.84 MW las dos etapas

Primera Etapa

2 x 2.84 MW Primera Etapa

GENERADOR Capacidad de entrega(FINAL)

3 x 3.25 MVA

Primera Etapa

2 x 3.25 MVA

Tipo, No de unid, frec., No pares de polos Excitatriz Factor de potencia, velocidad, voltaje

Síncrono, 3, 60 Hz, 5 Sin escobillas 0.9, 720 rpm, 4.16 kV

TRANSFORMADOR DE POTENCIA Potencia , No devanados, Voltaje

(10/10/6.5) MVA, 3, 4.16 kV, 60 kV, 22.9 kV

Capacidad de entrega en punto de interconexión FINAL (3 Unidades)

7.73 MW

PRIMERA ETAPA

5.25 MW

TRANSMISION Voltaje, circuitos, longitud, conductor

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

22.9 kV(60kV), 1, 37 km, 120 mm2

5.3

SUBESTACIONES 5.3.1

Característic as del Sistema Eléctrico Para los efectos del diseño eléctrico se tendrán en cuenta las siguientes características. 

Tensión nominal de la red

:

4.16 kV - 23 kV  – 60 kV



Frecuencia nominal

:

60 Hz



Tensión máxima de servicio

:

7. 2 kV  – 24 kV – 72.5 kV



Factor de potencia

:

0,90 (atraso)



Conexión del neutro

:

Efectivamente puesto a tierra



Altitud

:

< 1200 m.s.n.m.



Temperatura media anual

:

22.9°C

 

5.3.2

Descripción de Obras eléctricas  – S.E. Naranjos II La Subestación Eléctrica Naranjos II transformará el nivel de tensión de la generación 4.16kV al nivel de tensión de transmisión 22.9kV para la interconexión con el Sistema Eléctrico Interconectado Regional San Martín (SEIRSM) en una primera etapa (operación con dos generadores) y 60 KV para la segunda etapa. Desde la barra 22.9kV de la S.E. Naranjos II se alimentará el Sistema de Electrificación Rural Naranjos  – Aguas Claras. La Subestación Eléctrica Naranjos II se ubicará adyacente de la Casa de Máquinas, ocupando un área de 220m2. De acuerdo a los cálculos justificativos, el transformador de potencia será de 10/6.5/10MVA y 60/22.9/4.16kV con la finalidad de garantizar una operación adecuada tanto en la primera etapa (operación de 2 generadores) como en la segunda etapa (operación de 3 generadores). La celda de 4.16kV del transformador de potencia, formará parte de un bloque de celdas con barra corrida en 4.16kV donde se conectarán los generadores y el transformador de servicios auxiliares. Las celdas de 4.16kV se instalarán dentro de la Casa de Máquinas. Desde la celda de 4.16kV, se instalarán tres ternas de tres cables unipolares tipo N2XSY de 300mm2 hasta los pasatapas laterales de 4.16kV del Transformador de Potencia. Desde los bushing de 22.9kV del transformador de potencia se instalará una terna de tres cables unipolares tipo N2XSY de 50mm2 hasta los pasatapas laterales de 22.9kV del Transformador de Potencia.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

Para la segunda etapa (operación con 3 generadores), se deberá implementar la bahía de 60kV lo cual consistirá en lo siguiente: desde los pasatapas de 60kV del transformador de potencia se instalarán barras tubulares hasta el interruptor de potencia. Sobre el tanque del transformador de potencia se instalarán los pararrayos que se conectarán a la barra tubular de 60kV. Desde el interruptor de potencia se instalarán barras tubulares hasta los transformadores de corriente. Desde los transformadores de corriente se instalarán barras flexibles hasta el seccionador de potencia que estará montado verticalmente en el pórtico de salida en 60kV. 5.3.2 Descripción de Obras Eléctricas  – S.E. Nueva Cajamarca Inicialmente, para la conexión de la LT 22.9kV proveniente de la SE Naranjos II a la SE Nueva Cajamarca, se deberán realizar las siguientes actividades: 



Instalación dos celdas de 22.9kV, una para la llegada de la línea de transmisión y otra para la compensación capacitiva. Estas actividades no forman parte del presente proyecto, se entiende que por los alcances del contrato el propietario será responsable de la ejecución de estas actividades. Instalación de la acometida a la celda 22.9kV desde la torre de fin de línea.

Posteriormente, para la conexión de la LT 60kV proveniente de la SE Naranjos II a la SE Nueva Cajamarca, se deberán realizar las siguientes actividades: 









Acondicionar pórticos y sistema de barras flexibles para las salidas de las líneas de transmisión en 60kV hacia la SE Naranjos y la SE Rioja. Instalación del equipamiento de patio para la bahía 60kV correspondiente a la salida hacia la SE Rioja. (interruptor de potencia, seccionador de potencia, transformadores de medida-protección). Instalación del equipamiento de patio para la bahía 60kV correspondiente a la salida hacia la CH Naranjos II. (interruptor de potencia, seccionador de potencia, transformadores de medida-protección). Instalación de un relé de protección de distancia para la salida hacia la SE Rioja. Instalación de un relé de protección de distancia para la salida hacia la SE Naranjos II.



Instalación de un medidor de energía para la salida hacia la SE Rioja.



Instalación de un medidor de energía para la salida hacia la SE Naranjos II.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

5.3.4 Protección del Sistema Eléctrico  A. Protección de Generadores Los Requisitos de Protección para las Centrales Eléctricas se establecen según las potencias de los grupos. En tal sentido se define los siguientes rangos para las unidades de generación: 







Mini Centrales

: Grupos con Potencia menor que 1 MVA

Grupos Pequeños : Potencia mayor o igual a 1 MVA y menor que 5 MVA (*) Grupos Medianos MVA

: Potencia mayor o igual a 5 MVA y menor que 50

Grupos Grandes

: Potencia mayor o igual a 50 MVA

Cada generador de la Central Hidroeléctrica Naranjos II será de una potencia nominal de 3.25MVA, por lo tanto pertenecen al rango de grupos pequeños. En el Esquema Nro. 1 se muestran las protecciones consideradas para los generadores. B. Protección de Transformador de Potencia Los Requisitos Mínimos de Protección para las Subestaciones de Transmisión se establecen por equipos que son:   Sistemas de Barras que se aplica en todas las Subestaciones de Interconexión, excepto donde se usa Barras en Anillo, cuyo sistema no requiere de una protección dedicada.





Transformadores o Autotransformadores, cuyas protecciones son definidas según la potencia de estos equipos, de acuerdo a lo siguiente: 

Pequeños Potencia mayor o igual a 1 MVA y menor que 5 MVA



Medianos Potencia mayor o igual a 5 MVA y menor que 50 MVA



Grandes

Potencia mayor o igual a 50 MVA

  Reactores en Derivación, cuyas protecciones son definidas según la potencia de estos equipos, de acuerdo a lo siguiente:







Pequeños Potencia mayor o igual a 1 MVA y menor que 5 MVA



Medianos Potencia mayor o igual a 5 MVA y menor que 50 MVA



Grandes Potencia mayor o igual a 50 MVA.

Banco de Capacitores, cuyas protecciones son definidas según el tipo de conexión del Banco (Simple o doble estrella).

La subestación eléctrica Naranjos II estará conformada por un transformador de tres devanados con potencia 10/6.5/10 MVA, por lo tanto se clasifica como

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

transformador mediano. En el Esquema Nro. 2 se muestran las protecciones mínimas consideradas para transformador. C C.1

Protección de Líneas de Transmisión Líneas de Transmisión 60kV

El esquema simplificado del sistema eléctrico de potencia, materia de análisis en el presente informe, se muestra a continuación:

Actualmente la LT 60kV Nueva Cajamarca  –  Rioja y la LT 60kV Rioja Moyobamba cuentan con celdas de protección en un extremo, ya que la única fuente de generación proviene desde Moyobamba. Las celdas de protección cuentan con relés MULTILIN F650 los cuales operan con las funciones de Sobrecorriente entre fases (50/51) y Sobrecorriente a tierra (50N/51N). Estos relés no cuentan con la función de protección de distancia (21). Cuando entre en servicio la Central Hidroeléctrica Naranjos II, las líneas de transmisión Naranjos  –  Nueva Cajamarca  –  Rioja  –  Moyobamba tendrán generación en ambos extremos, es decir, pasarán a ser líneas de “interconexión” lo cual modificará los requerimientos y la filosofía del sistema de

protección. Los requerimientos mínimos de protección dispuestos por el COES para las Líneas de Interconexión del Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN) se establecen según el nivel de tensión y la longitud de la línea (corta, mediana o larga). Para determinar la longitud de la línea de interconexión, la norma ANSI/IEEE C37.113 toma el valor SIR (Source Impedance Ratio). . Ver Esquema No 3

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

SIR

CORTAS

MEDIANAS

LARGAS

Mayor que 4

Entre 0.5 y 4

Menor que 0.5

Si se considera que la Impedancia de la Fuente depende de la Potencia de Cortocircuito en el punto en que se conecta la línea al sistema, entonces se puede definir: SIR

 Z S  

V 

2



 Z  L

PCC   X  L  L 



Donde: V : Tensión del sistema XL : Reactancia unitaria de la línea L : Longitud de la línea Los valores calculados de SIR para las líneas de interconexión del SEIRSAM se muestran en el siguiente cuadro: ORIGEN DESTINO V (kV) Pcc (MVA) L (km)

 

X (ohm/km)

SIR

GERA

RIOJA

NUEVA CAJAMARCA

NARANJOS II

MOYOBAMBA

MOYOBAMBA

RIOJA

NUEVA CAJAMARCA

60

60

60

60

144.70

144.70

114.70

102.47

14.74

22.44

22.96

37.74

0.49

0.49

0.47

0.49

3.47

2.28

2.91

1.91

Por lo descrito anteriormente, la línea de interconexión en 60kV Naranjos  – Nueva Cajamarca es de longitud mediana. En el Esquema Nro. 3 se muestran los requerimientos de protección para la línea. Los requerimientos mínimos de protección son los siguientes: 

Protección de Sobrecorriente Temporizada asociada a la Protección de Sobrecorriente Direccional.



Protección de Sobrecorriente homopolar direccional.



Protección de distancia para fallas entre fases



Protección de distancia para fallas entre fase y tierra



Bloqueo por oscilación de Potencia



Verificación de sincronismo



Recierre de interruptor



Esquema de teleprotección tipo POTT. (Onda portadora)

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

C.2

Línea de Transmisión 22.9kV

El “Alimentador 2” en 22.9kV que parte de la SE Nueva Cajamarca cuenta con

seccionadores fusibles como elementos de protección y maniobra. Los equipos instalados en todo el recorrido de la línea primaria se muestran en el siguiente esquema unifilar:

 NC-S01

 NC-S02

 F-A2-1

F-A2-2

F-A2-3

F-A2-4

F-A2-5

F-A2-6

 F-A2-7 

A

 NC-S03

C R A

Vk M ,9

A

 NC-S04

2 2

J A

0

R N

U

V

A

A

E

OT N

OI

A V

S.E NUEVA CAJAMARCA

U N

AL

R E C

UJ

V S

S

N

IC AL

D

E AL

ILJ

N

S R

OL

C 2

S A

AI

A

A

R

U A

W A

N

U A

G

G A

De acuerdo al estudio de coordinación de protecciones del año 2009, los fusibles propuestos son los siguientes:

F-A2-1

Fusibles Seleccionado (A) (*)

F-A2-2

(*)

F-A2-3

25K

Protección Zona Nueva Cajamarca Protección Zona Nueva Cajamarca y La Unión Protección Zona La Victoria

F-A2-4

20K

Protección Zona Awajun

F-A2-5

12K

Protección Zona Aguas Claras

F-A2-6

8K

Protección Zona Aguas Verdes

F-A2-7

6K

Protección Zona Aguas Verdes

Código

Descripción

(*)Se recomendó cambiar estos fusibles por seccionadores.

La línea primaria en 22.9kV proveniente de la CH Naranjos II se conectará entre los fusibles F-A2-4 y F-A2-5 mediante un seccionador fusible (F-NAR) tal como se muestra a continuación.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

VIENE DE SE NUEVA CAJAMARCA

 F-A2-3

 F-A2-4

F-A2-5

 F-A2-6

IA R

S R D

E

OL

V

A

A

S

N N

OT

AL LI

R E C V

J UJ

IC AL

S A

 F-NAR

S A A

R

U A

W A

N

F-A2-7 

U A

G G A

VIENE DE CH NARANJOS II 

De esta manera el sistema eléctrico rural podrá ser alimentado desde la CH Naranjos II ó desde la SE Nueva Cajamarca (tal como opera actualmente). Desde el punto de vista de la selectividad del sistema de protección, el fusible F-NAR debe ser seleccionado de tal manera que coordine con todos los fusibles conectados en el mismo nodo, en este caso los fusibles F-A2-4 (20K) y F-A2-5 (12K). Por lo tanto el fusible F-NAR deberá ser de 25A como mínimo.. Cuando el sistema eléctrico rural se alimente desde la CH Naranjos II y se produzca una falla en el extremo de Nueva Cajamarca, el fusible F-A2-4 (20K) actuará antes que F-A2-3 (25K) por lo cual no se cumpliría con el criterio de selectividad. En tal sentido, cuando se requiera energizar desde la CH Naranjos II, se recomienda abrir el seccionamiento F-A2-3 para garantizar la continuidad del servicio. D

Optimi zación Del Sistema De Protecc ión

Si bien es cierto, las líneas de protección en 60kV actualmente cuentan con protecciones, estas no son las adecuadas y óptimas bajo la nueva topología del sistema eléctrico con el ingreso de la Central Hidroeléctrica Naranjos II. Las celdas de protección que se deberán instalar para cumplir con los requerimientos mínimos de protección dispuestos por el COES para líneas de interconexión medianas de 60kV, se muestran en el siguiente esquema simplificado del sistema eléctrico de potencia:

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

Como se puede apreciar desde el punto de vista de protección, la incorporación de la CH Naranjos II al SEIRSAM no solo impacta en el diseño de la LT 60kV Naranjos  –  Nueva Cajamarca, sino que también en la LT 60kV Nueva Cajamarca – Rioja y la LT 60kV Rioja Moyobamba. 5.3.5 Flujo de Potencia a. Descripc ión del Sistema Eléctrico El sistema eléctrico en estudio comprende la Central Hidroeléctrica Naranjos II, la cual está conformada por tres grupos que generan 2.925MW cada uno en el nivel de 4.16kV. Los grupos se conectan al Sistema Eléctrico Interconectado Regional San Martín (SEIRSAM) a través de un transformador de potencia de tres devanados 10/2/10MVA  –  60/22.9/4.16kV conexión YNynd5, el cual se enlaza mediante una línea de interconexión en 60kV con la Subestación Eléctrica Nueva Cajamarca. La energía para el Sistema de Electrificación Rural Naranjos  –  Aguas Claras será suministrada en el nivel 22.9kV. b. Base de datos Para la simulación de Flujo de Potencia se han considerado la información proporcionada por el propietario correspondiente a generadores, transformadores de potencia y líneas de transmisión que forman parte del SEIRSAM. Para las simulaciones de flujo de potencia y cortocircuito se ha considerado una red equivalente del SEIRSAM en la barra Moyobamba 60kV. Se ha considerado la proyección de demanda en base a una tasa de crecimiento de 7.66%, según estudio de mercado eléctrico.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

c. Escenarios de evaluación En la simulación de flujo de potencia se han analizado los siguientes escenarios: 

Demanda 2010 – Estiaje



Demanda 2010 – Avenida



Demanda 2020 – Estiaje



Demanda 2020 – Avenida



Demanda 2030 – Estiaje



Demanda 2030 - Avenida

d. Evaluación de Resultados de Flujo de Potencia Se ha verificado que el nivel de tensión en las barras se encuentra dentro del rango del ±5% de la tensión nominal. El transformador de potencia de la CH Naranjos II opera sin sobrecargas durante todo el periodo de evaluación. El máximo flujo de potencia en este equipo es de 96.87% de su potencia nominal, el cual se produce cuando los generadores operan a su potencia nominal. El máximo flujo de corriente en la línea de transmisión Nueva Cajamarca  – Naranjos es de 19.22% de su capacidad nominal. Debido al incremento de la demanda, en las simulaciones de flujo de potencia del año 2020 se observa sobrecarga en los transformadores de la SE Rioja, por lo cual el propietario debe prever las acciones correspondientes. Debido al incremento de la demanda, en las simulaciones de flujo de potencia del año 2030 se observa sobrecarga en la línea de transmisión 60kV, Moyobamba - Rioja, por lo cual el propietario debe prever las acciones correspondientes. e.

Evaluación de Resultados de Cortocircu ito

Se ha verificado que el nivel de tensión en las barras se encuentra dentro del rango del ±5% de la tensión nominal. Los máximos valores de corrientes de cortocircuito se producen en el periodo de avenida del año 2030, en el cual todos los generadores se encuentran en servicio y por lo tanto aportan a la corriente total de falla. En base a estos resultados y previendo la incorporación al sistema de una futura central de generación que aporte también a las corrientes de falla, los equipos de 4.16kV deberán ser diseñados y construidos para soportar una corriente de cortocircuito de 25kA. Para los equipos de 22.9kV y 60kV se deberá considerar como mínimo 16kA.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

5.3.7 Proyectos y Estudios Complementarios El proyecto “Central Hidroeléctrica Naranjos II”, requiere de proyectos y estudios complementarios para su ingreso al Sistema Interconectado Regional San Martín y su posterior conexión al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional. Los estudios y obras complementarias se describen a continuación: a. Acondi cionamiento de la SE Rioja 



Ampliación del patio de llaves 60kV Acondicionar pórticos y sistema de barras flexibles para las salidas hacia la SE Moyobamba.

  La bahía de salida hacia la SE Moyobamba deberá contar con interruptor de potencia, seccionador de potencia, transformadores de medida-protección y sistema de teleprotección.







La bahía de salida hacia Naranjos deberá contar con interruptor de potencia, seccionador de potencia, transformadores de medidaprotección y sistema de teleprotección. Relé de protección de distancia para la salida hacia la SE Moyobamba (con las funciones requeridas en el plano RP-LT-01. ( Ver Esquema N°3)

b. Sistema de Tele protección 

c.

Implementar el sistema de teleprotección con onda portadora en las líneas de interconexión de 60kV: o

LT 60kV Rioja – Moyobamba

o

LT 60kV Nueva Cajamarca – Rioja

o

LT 60kV Naranjos II - Nueva Cajamarca.

Estudio de Coordi nación de las Protecciones de la LT 60kV Naranjos  – Nueva Cajamarca 

Selección, cálculo de ajustes, configuración y pruebas de operatividad de los relés de protección ubicados en los extremos de la línea.

d. Estud io de Coordi nación de las Protecci ones de la LT 60kV Nueva Cajamarca - Rioja 

Selección, cálculo de ajustes, configuración y pruebas de operatividad de los relés de protección ubicados en los extremos de la línea.

e. Estudio de Coordi nación de las Protecciones de la LT 60kV Rioja  – Moyobamba 

Selección, cálculo de ajustes, configuración y pruebas de operatividad de los relés de protección ubicados en los extremos de la línea.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

ESQUEMA No1 REQUERIMIENTOS DE PROTECCION DE LOS GENERADORES

VOLUMEN Nº 1 - MEMORIA DESCRIPTIVA

ESQUEMA No 2.- REQUERIMIENTOS DE PROTECCION DEL TRANSFORMADOR

VOLUMEN Nº 1 - MEMORIA DESCRIPTIVA

ESQUEMA No 3.REQUERI MIENTOS DE PROTECC ION DE LA LINEA DE TRANSMI SION

VOLUMEN Nº 1 - MEMORIA DESCRIPTIVA

5.4

LÍNEA DE TRANSMISIÓN 5.4.1. Ob je  jet i vo La presente Memoria Descriptiva tiene como finalidad describir las características principales de las obras electromecánicas y obras civiles a ejecutar para la instalación de estructuras habilitadas para la línea de transmisión C.H. Naranjos II  –  S.E. Nueva Cajamarca en 60 kV futura y una línea primaria paralela desde la CH Naranjos II hasta 3 de Mayo en 22.9 kV. En la primera etapa de la obra, la Linea en 60 kV operará en 22.9 kV. La línea primaria se interconectara al Alimentador IV en MT 22.9 kV que sale desde S.E. Nueva Cajamarca a Vista Alegre- Aguas Claras. 5.4.2.  Al Al c an c es a. De los Estudios Definiti vos La línea de transmisión en 60 KV está previsto a transportar la potencia total generada en la Central de 9.75 MVA por la central hidroeléctrica Naranjos II, sin embargo en la primera etapa del proyecto operá en 22.9 KV por lo que se tiene el siguiente alcance: 

Línea primaria trifásico en media tensión en 22.9 kV desde la barra en 22.9 kV de la subestación los Naranjos II hasta la subestación Nueva Cajamarca, con la estructura habilitada para una línea de transmisión en 60 kV. Se incluye los armados para 22.9 KV para la primera etapa y para 60 KV en la segunda etapa. La potencia que transmitirá será de 6.5 MVA en primera etapa.



Línea primaria trifásica en media tensión en 22.9 kV paralelo desde la subestación los Naranjos II hasta la localidad de Tres de Mayo donde se interconectara al circuito alimentado por el alimentador IV de la S.E. Nueva Cajamarca a poblados de Aguas Claras y otros. Potencia a transmitir 1.0 MVA.

b. De la Ejecución de las Obras La ejecución de la obra de la línea comprenden las siguientes actividades principales: a)

Suministro de materiales y equipos.

b)

Transporte de materiales y equipos al sitio de la obra.

c)

Montaje electromecánico y obras civiles de la línea.

d)

Pruebas y puesta en servicio.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

El Contratista tiene la responsabilidad de evaluar convenientemente y suministrar los materiales y equipos necesarios que permita lograr las instalaciones aptas para la puesta en servicio y operación. 5.4.3. Car ac t er ís t i c as  d d el  Ár  d el  P Pr o y ec t o  Ár ea  d a. Ubicación Del Proyecto El proyecto se ubica en la selva de la zona nor central del Perú, en la localidad de Naranjos del departamento de San Martín, Provincia de Rioja, Distrito San Miguel. Geográficamente, el proyecto se ubica entre las coordenadas UTM 936500N 220000E y 934200N 245000E. b. Medios de Transporte y Comunicación Via Terrestre

El medio de comunicación via terrestre desde Lima es por la Carretera Panamericana Norte, en su ruta se pasan por las ciudades de Chimbote, Trujillo, Chiclayo hasta el cruce de Olmos; de aquí se ingresa a la carretera marginal Fernando Belaúnde Terry pasando por las ciudades de Bagua, Pedro Ruiz hasta Naranjos en 21 horas aproximadamente, haciendo un recorrido de 1387 kilómetros. De la localidad de Naranjos se continua a través de una trocha carrozables 7.00 kilómetros de distancia aproximadamente (15 minutos) en carro que llega a la localidad de San Agustín, la futura Central Hidroeléctrica Naranjos II, se encuentra aproximadamente a 750 metros al frente de dicha localidad. Cabe indicar que la vía de acceso desde la ciudad de Chiclayo hasta el distrito de Naranjos, es totalmente asfaltada. Vía Aérea

Existen vuelos regulares desde la ciudad de Lima hasta Tarapoto (55 minutos). Luego se continua via terrestre desde Tarapoto a los Naranjos aproximadamente 163 km ( 3.5 horas). c.

Características Climáticas y Topográficas

Los principales parámetros climáticos por lo que atraviesa la línea de trasmisión son los siguientes:  

Precipitación media anual

: 1500 mm.



Temperatura media anual

: 22  – 24 °C

 

Evaporización total anual

: 400 mm



Humedad relativa media anual

: 81 %

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA



Velocidad de viento

: 80 km/h

La localidad de Naranjos está ubicada en la selva alta. d. Geologia La gran variedad de rocas que se encuentra en la zona es fácilmente agrupable en once unidades litoestratigráficas, de las cuales todas forman parte de la zona en estudio, siendo las unidades más antiguas las formaciones del Grupo Pucará del Triásico-Jurásico inferior y la formación Sarayaquillo del Jurásico superior las que constituyen núcleos anticlinales y bloques antiguos fallados sobre las cuales se encuentran rocas cretácicas del Grupo Oriente que conforman una secuencia silícico-clásticas donde predominan areniscas cuarzosas en capas macizas y resistentes. Sobre el Grupo Oriente descansan estratos de limo-arcillitas, margas y calizas de la Formación Chonta. f. Rasgos Fisiográficos La cuenca del río Naranjos presenta una topografía conformada por valles y llanuras de amplitud variable, con colinas de diferentes pendientes y relieve, pequeños valles, quebradas largas y estrechas, lo cual determina un ambiente ecológico con características propias del trópico húmedo. 5.4.4. Des c r i p c i ó n  d d el  P Pr o y ec t o a. Sistema Eléctrico Existente El área del proyecto actualmente cuenta con la subestación de potencia trifásica de Nueva Cajamarca de 10/11.5 MVA en 60/20-22.9 kV que alimentan a cuatro circuitos, el circuito NC-S02 alimenta a la Unión, La Victoria, Awajun, Naranjillo, Parte de Naranjos, Aguas Claras, Aguas Verdes. Asimismo cuenta con una Central Hidroelectrica Naranjos I de 240 KW, 0.22/22.9 kV, que suministra energía a las localidades de Naranjos, Tres de Mayo y otras poblaciones, dicha central actualmente se encuentra en operación pero no està previsto en nuestro contrato ninguna relación con la C.H. Naranjos II, sin embargo se recomienda a ELECTRO ORIENTE a tomarla en cuenta para su inclusión al SEIRSAM asi como la minicentral de San Agustìn (30 kW). b. Sistema Eléctrico Proyectado El estudio en su parte correspondiente a líneas de 60 kV, comprende la construcción de una Línea de Transmisión en 60 kV, que tendrá su inicio en la Central Naranjos II y termina en la S.E. Nueva Cajamarca. Dicha línea inicialmente llevará energía en 22.9 KV, por lo que los armados (aisladores y ferretería) están previstos para este nivel de tensión. Para la operación en 60 KV en la segunda etapa del proyecto se incluye los respectivos armados, VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

considerando que las estructuras de soporte trabajarán con la misma carga en ambas etapas ya que el conductor (120 mm2 AAAC) será el mismo para las dos etapas. Con respecto a la línea primaria en 22,9 kV, se iniciará de la S.E. Naranjos II saliendo hacia Naranjos y Tres de Mayo en donde se interconectará a la Línea 22.9 kV existente que se origina en la SE Nueva Cajamarca y va a Aguas Claras. c.

Línea De Transmi sión en 60 kV

La Línea de transmisión en 60 kV será la interconexión entre la central hidroeléctrica Naranjos II y la S.E. Nueva Cajamarca. Desde la CH Naranjos II hasta el vértice 7 cercano la localidad de Tres de Mayo las estructuras de soporte serán torretas metálicas de simple terna. En una terna se instalará la línea de 60 kV y en la otra la línea primaria de 22,9 kV. Las características principales de la línea de transmisión son las siguientes: 

Tensión nominal

:

60 kV



Potencia de transmisión

:

10 MV Futura; 5.4 MV Inicialmente



Sistema

:

Trifásico



Factor de Potencia

:

0,9



Frecuencia

:

60 Hz



Nº de ternas

 

:

1



Disposición conductores

:

Vertical



Longitud

:

37,51 km



Conductor activo

:

1 conductor / por fase AAAC 120 mm²

Cable de guarda diámetro).

:

 Aº



Gº

tipo EHS 38 mm²

Estructuras de simple terna:

Torretas Metálicas de A°G°.



Cadena de aisladores

:

Porcelana.



Nº de vértices

:

15

c.

Línea Primaria En 22,9 Kv Hacia Tres De Mayo



 

(5/16”

La Línea primaria en 22,9 kV desde la subestacion hasta la localidad de Tres de Mayo serán instalados en postes de concreto armado. Las características principales de la línea primaria son las siguientes: 

Tensión nominal

:

22,9 kV



Potencia de transmisión

:

0.4 MV

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA



Sistema

:

Trifásico



Factor de Potencia

:

0,9



Frecuencia

:

60 Hz



Nº de ternas

:

1



Disposición conductores

:

Vertical y triangular



Longitud a Tres de Mayo

:

10.32 km

:

35 mm² AAAC

  Conductor hacia Tres de Mayo





Estructuras

:

Postes de concreto de 12 m..



Aislador tipo PIN

:

Porcelana



Cadena de aisladores

:

Porcelana



Nº de vértices

:

8

5.4.5. Cr i t er i o s  d d e  D Di s eñ o a. Normas Aplicables Los criterios empleados para efectuar el diseño de Línea de Transmisión 60 kV CH Naranjos II  –  SE Nueva Cajamarca, se rigen a las prescripciones de las siguientes normas: 

Código Nacional de Electricidad de Suministro.



Compendio de Normas del Subsector de Electricidad.



NESC (National Electrical Safety Code).



REA Boletín 62 –1 (Desing Manual For High Voltage Transmision Line).



VDE 0210 (Verband Deutscher Electrotechniker).



IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).



CIGRE (Conference International des Grands Resseaux Electriques).



ANSI (American National Standard Institute).



IEC 815 (International Electrotecnical Comission).



NEMA (National Electric Manufacturers Association).

b. Distancias Mínimas de Seguridad En la distribución de estructuras se toma en consideración el código nacional de electricidad de suministro tabla 232-1ª (distancias verticales de seguridad de alambres, conductores y cables sobre el nivel del piso, camino, riel o superficie de agua) para líneas de 60 kV, para la condición mas desfavorable de la flecha máxima:

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA



Al cruce de carreteras y avenidas

:

7.60 m



Al cruce de calles

:

7.60 m



A lo largo de carreteras y avenidas

:

7.00 m



A lo largo de calles

:

7.00 m



A areas no transitadas por vehículos

:

5.50 m



Sobre el nivel mas alto de rios no navegables: 7.00 m

d. Distancia Vertical Mínima entre Fases: (REA Bulletin 62-1)



Fases del mismo circuito 1,60 m



Fases de diferentes circuitos 1,70 m

e. Trazo y Perfil Topográfico Para iniciar el reconocimiento y determinar el área de influencia del trabajo, se contó con la carta nacional de la zona del proyecto a escala 1/100,000. La metodología empleada para el desarrollo del trabajo fue el siguiente: a)

Reconocimiento del área de influencia y un GPS.

b)

El levantamiento Topográfico fue realizado por 3 cuadrillas de topográfia como parte integrante en Estudio; el cual se divide en tres tramos: o

Tramo I

: CH Naranjos a la localidad de Tres de Mayo  – km 9.40

o

Tramo II

: Tres de Mayo al vértice 10 - km 14.90

o

Tramo III

: Vértice 10 - SE Nueva Cajamarca 13.20 km

Siendo la longitud total de la Línea 37.50 km. f.

Descripción de la Ruta

La ruta de la línea de transmisión desde la central hidroeléctrica hasta el vértice V5, el terreno es ligeramente ondulado sin pendientes. Asimismo esta cruzando áreas de cultivo de la zona. Continuando con el recorrido desde el vértice V5 al vértice V6 estos tramos tienen terreno elevado, los que cruzan bosques de segundo orden y cafetales. Desde el vértice V6 al V7 es un terreno en descenso cruzan bosque de segundo orden y cafetales. Del vértice V7 hacia la SE Nueva Cajamarca es un terreno llano, cruzan terrenos de cultivos, arrozales, cafetales, pastizales y bosques de segundo orden. Asimismo el recorrido es paralelo a la carretera marginal Belaunde Terry.

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

Cerca al vértice V9 en el km 18.40 existe una línea primaria en 22,9 kV existente de propiedad privada, la cruzara en este tramo. Entre el vértice V13 y V14 la línea de transmisión cruzara con la línea primaria existente en 22.9 kV circuito NC-S02 que sale subestación Nueva Cajamarca hacia la localidad de Aguas Verdes. Cerca al vértice V15 cruzara la línea primaria que sale de la subestación Nueva Cajamarca hacia la localidad de San Fernando. g. Coordenadas de los Vértices Las coordenadas de los vértices de la línea de transmisión detallan en el siguiente cuadro:

CORDENADAS U.T.M. VERTICES N

E

 ALTITUD (msnm)

V 00

219690.740 9361056.320 1058.843

V 01

219705.910 9361156.150 1065.476

V 03

219902.716 9363430.853 1024.870

V 04

220397.139 9363924.825 1015.159

V 05

222943.578 9363700.320 1103.800

V 06

226739.790 9363593.730

925.654

V 07

228492.290 9362233.320

906.278

V 08

233256.360 9357660.810

892.885

V 09

238304.660 9354250.550

864.919

V 10

240560.110 9350110.980

855.588

V 11

240672.920 9349204.100

856.843

V 12

241684.390 9347924.110

862.434

V 13

242537.100 9348130.070

866.459

V 14

244787.840 9344270.420

865.222

V 15

244324.490 9343978.540

868.000

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

A lo largo del perfil topográfico de la línea de transmisión se encontraron las cotas máximas y mínimas de 1108.30 metros y 855.588 metros respectivamente. Para determinar el factor de corrección por altura (Fc) se tomará una altitud máxima de 1200 m.s.n.m.. 5.4.6. Selección de Materiales  A. Selección de Conductor y Cable de Guarda  A.1

Selección de Conductor

Los criterios tomados en cuenta para la selección del conductor de aleación de aluminio de 120 mm² fueron los siguientes: 





La caída de tensión y las pérdidas en potencia activa, las que deben mantenerse en márgenes aceptables por las Normas vigentes. Según los cálculos efectuados incluidos en la memoria de cálculos, el conductor de 120 mm2 AAAC cumple estas condiciones, siendo la caída de tensión 3.59% y las pérdidas de potencia activa 3.51%. Como material es más liviano y más económico que el cobre, permitiendo vanos más largos incidiendo esto en la economía del proyecto Según las recomendaciones del REA Bulletin 62-1 la sección mínima a utilizar para el nivel de 60 kV es de 85 mm2. La sección siguiente normalizada corresponde a 120 mm² y la que cumple con los requerimientos de flujo de flujo de potencia del proyecto.

Las características del conductor de aleación de aluminio son las siguientes: 

Material

: Aleación de Aluminio AAAC



Fabricante

: Sural



Norma de fabricación

: ASTM B398-399



Sección nominal (mm²)

: 120



Sección real (mm²)

: 121.209



N° de hilos

: 19



Diámetro exterior (mm)

: 14.25



Peso unitario (kg/km)

: 0.332



Carga de rotura (kg)

: 3793



Módulo elast. final (kg/mm²)

: 6350



Coeficiente de dilatación

: 23x10E-6 /ºC



Resist. eléctrica 20 ºC (Ohm/km)

: 0.2764

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA

 A.2

Selección del Cable de Guarda

El cable de guarda se ha seleccionado para proteger a la Línea de las sobretensiones que se pudieran producir por descargas atmosféricas. Se utilizara un (1) cable de guarda del tipo acero galvanizado EHS de 5/16 ” de diámetro, de las siguientes características:



Material

:

Acero galvanizado



Grado

:

EHS



Norma de Fabricación

:

ASTM A 363



Sección nominal

:

38 mm²



Diámetro exterior

:

9.1 mm



Peso unitario

:

0.406 kg/m



Tiro de rotura

:

6976 kg



Coeficiente de dilatación

:

11.5 x 10-6 / ºC

Módulo elasticidad final

:

19000 kg/mm²

 



B. Aislamiento de la Línea Los cálculos justificativos de aislamiento de la Línea han determinado el uso de aisladores standard de vidrio de las siguientes características:



Tipo

:

Ball and socket



Normas de Fabricación y Pruebas

:

IEC 60383-1

:

255 mm

  Diámetro de la parte aislante





Paso del aislador

:

146 mm



Tipo de acoplamiento IEC

:

16 mmA



Carga de rotura mecánica

:

120 kN



Peso Total

:

3.8 kg



Línea de fuga

:

320 mm



Voltaje resistente a frecuencia industrial bajo lluvia

:

40 kV



Voltaje soportada al impulso de choque en seco

:

100 kV

Los tipos de cadenas de aisladores a utilizarse son:

VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA



Cadenas de suspensión.



Cadenas de anclaje normal.



Cadenas de cuello muerto.

Las cadenas de aisladores están conformadas por: 

En suspensión :

6 unidades.



En anclaje

6 unidades.

:

El acoplamiento de los aisladores que conformaran la cadena de aisladores será de acuerdo a la norma IEC 60120. C. Estructuras Las estructuras están previstas para línea de transmisión en 60 KV y son estructuras metálicas (celosía) torrecillas de 21 metros. A la llegada a la subestación de nueva Cajamarca se utilizara una torre de celosía autosoportado, en que se anclaran la línea de 60 existente que viene de Rioja (entrada a la S.E.) y la futura línea en 60 kV. De acuerdo al trazo de la ruta se utiliza los siguientes tipos de estructuras: 

 

P-S Suspension de 0° a 1°



PV-S



RT Anclaje en rompetramo.



 

RT-V



S1 Suspensión de 0º a 1º.



S2 Suspensión de 0º a 5º (reforzada).



A

Angular de 0º a 45º.

D. Torres de Celosía La estructura de celosía metálica será de sección cuadrada en perfiles angulares de acero galvanizado en caliente, de cuatro patas, disposiciones verticales y horizontales y preparadas para llevar un cable de guarda, con características definidas por los planos de fabricación. De acuerdo al trazo de la ruta se utiliza los siguientes tipos de estructuras: T

Terminal de 45º/90º/30°.

La altura de la torres será de 23 metros E. Crucetas de Perfil De A°G° VOLUMEN Nº 2 - MEMORIA DESCRIPTIVA