UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LÍNEAS DE TRANSMISIÓN TEMA:
Diseño electrogeométrico de una estructura. Docente:
Ing. Pedro León AUTORES:
0000000000 0000000000 0105157176 0000000000
CUEC! " ECU!D#$
Contenido Introducción.............. Introducción........................ ..................... ..................... ..................... ..................... ........................................... ................................. % #&'eti(os................ #&'eti(os.......................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................... ......................... % Desarrollo........... Desarrollo..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ............................. ................... %
L)neas de *ransmisión +orma +orma de la estructura............. estructura....................... ..................... ..................... ..................... ..................... ......................... ............... % Determinación Determinación de la ,orma............. ,orma....................... ..................... ............................................... .................................... Elección del material............... material.......................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................................Determinación Determinación de las dimensiones &sicas de la estructura.......................5 estructura.......................5 /oladio de la Cruceta 23................... 23.............................. ..................... ..................... ...................... .....................6 ..........6 Distancia entre ,ases............... ,ases.......................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ............... ....4 4 Distancia entre ,ases en (ertical !3........................ !3......................................................... ................................. 10 Distancia de la cruceta ms ms &a'a al suelo 3...........................................10 3........................................... 10 !ltura del ca&le de guardia o tierra D3..................... D3................................ ................................10 .....................10 !nco de la torre torre E3................... E3............................. ..................... ..................... ......................................... ............................... 11 Estimación del eso de la estructura............. estructura........................ ........................................... ................................ 11 *ios de estructuras............ estructuras....................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ................. .......18 18 Estructura de 9usensión.................. 9usensión............................. ..................... ......................................... ............................... 18 Estructura de !ncla'e................. !ncla'e........................... ..................... ..................... ..................... ............................. ..................18 18 Estructura de $emate......... $emate................... ..................... ..................... ..................... .................................... ......................... 1% Estructuras Eseciales............... Eseciales......................... ..................... ...................... ....................................... ............................ 19olicitaciones so&re la estructura.............. estructura........................ ............................................... ..................................... 15 Cargas Cargas (erticales............ (erticales...................... ..................... ..................... .................................................. ........................................ 15 Cargas Cargas de (iento.................. (iento............................. ..................... ..................... ..................... .................................. ........................15 15 9o&recarga 9o&recarga longitudinal................... longitudinal.............................. ..................... ........................................... ................................. 16 E'emlo ractico.................. ractico............................ ..................... ...................... ................................................... ........................................ 17 Conclusiones................ Conclusiones.......................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...................................... ............................ 14 i&liogra,)a............. i&liogra,)a........................ ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... ................................. ...................... 14
Introducción El dise diseño ño elec electr trog ogeo eomé métr tric ico o de una una estr estruc uctu tura ra cons consti titu tu:e :e una una art arte e ,und ,undam amen enta tall dent dentrro de un sist sistem ema a de ote otenc ncia ia;; ues uesto to
g. 8
L)neas de *ransmisión anco : u&icación de las crucetas; distancias entre ,ases; altura del ca&le de guarda; entre otros. La estructuración se &asa en gran medida en la e>eriencia : creati(idad de la ersona o ingeniero
#&'eti(os Identi=car cada uno de los ,actores
electrogeométrico de una estructura. $ealiar un e'emlo rctico so&re el diseño electrogeométrico de una estructura; emleando las autas lanteadas en el resente tra&a'o.
Desarrollo El tio de estructuras a utiliar ara el diseño : en consecuencia la construcción de una L)nea de *ransmisión aérea; deende rincialmente?
i(el de tensión eléctrica de oeración Cali&re del conductor a ser instalado Cantidad de circuitos necesarios ara el enlace a la red eléctrica Disosición de ,ases en el esacio Los costos o resuuesto destinado ara su construcción @onas or donde asar la tra:ectoria de la L)nea de *ransmisión
El clculo de cada uno los armetros
+orma de la estructura o a: una regla general o una le: ara determinar la ,orma o silueta de una estructura de una l)nea de transmisión. En e,ecto; un simle circuito uede ser imlementado en una disosición (ertical; triangular; oriontal u otra ,orma tos como maderaAacero o concretoAacero; : Bltimamente estructuras de materiales oliméricos. Lo
g. %
L)neas de *ransmisión
de&er considerar iste una gran (ariedad de moti(os ara elegir la silueta : el tio de material a utiliar en un ro:ecto de l)nea de transmisión determinado. En la =gura 1 se muestra e'emlos de siluetas. !lgunas de esas siluetas tam&ién las odemos encontrar en Ecuador en los sistemas de 880 / : 110 /.
g. -
L)neas de *ransmisión
Figura ! Ti"o# $e e#tructura# en e% Ecua$or
Determinación de las dimensiones &sicas de la estructura Para e,ectos de mostrar la metodolog)a ara la determinación de las dimensiones &sicas de una estructura nos re,eriremos a la +igura 8 siguiente?
g. 5
L)neas de *ransmisión
Figura 2. Dimensiones &sicas de una estructura.
/oladio de la Cruceta 23 $e=riéndose a la +igura % 2F
En donde? L ? Longitud de la cadena de aisladores : su ,erreter)a; en metros.
g. 6
L)neas de *ransmisión D fi
? Esaciamiento de so&re(olta'e de ,recuencia industrial (er sección 8.-3; en metros. Dsw ? Esaciamiento de so&re(olta'e de manio&ra; (er sección 8.-3; en m. 74 α fi ? !ngulo des(iación de la cadena de aisladores ara so&re(olta'e de ,recuencia industrial; en grados se>agesimales. α sw ? !ngulo des(iación de la cadena de aisladores ara so&re(olta'e de manio&ra; en grados se>agesimales.
Figura 3. Determinación del (oladio 2
Dado
1 4
de la ma>ima; la
distancia D sw de&e resistir los so&re(olta'es de manio&ras o descargas atmos,éricas. En el caso e(entual; dado imo simultneamente es mu: &a'a; la distancia D fi solo de&er resistir so&re(olta'es de ,recuencia industrial. Los ngulos de des(iación
α fi
:
α sw
de la cadena de aisladores
N sc . Lv . ∅ . Q v . 10 + T ang tan ( α fi )= N sc . L p . Pcond
g. 7
L)neas de *ransmisión
( α sw )=0.25∗¿ tan ( α fi ) Ec .2 tan ¿
Donde? α fi =¿ Gngulo de des(iación de la cadena de aisladores ara so&re(olta'es
de ,recuencia industrial. α sw =¿
Gngulo de des(iación de la cadena de aisladores ara
so&re(olta'es de manio&ra. N sc =¿ Bmero de conductores or ,ase. Lv =¿ /ano del (iento; en m.
=¿ Dimetro del su&conductor; en mm.
∅
Q v =¿ Presión de (iento; en
2
kg / m
.
T ang=¿ +uera or e,ecto de ngulo de dee>ión de la l)nea. L p=¿ /ano de eso; en m. Pcond =¿ Peso unitario del su&conductor; en gHm.
! su (e; el (ano de (iento Lv no es ms resiones se ueden usar ara calcular estos (anos. /er =gura -3? Lv =
1 2
( L + L ) Ec .3
L p= Lv +
1
2
a1∗ h1 a2∗h2 L1
+
L2
Ec .4
Donde? L1 y L 2=¿
Vanos adyacentes de la estructura, en m.
h1 y h 2=¿
Desniveles adyacentes de la estructura, en m.
g.
L)neas de *ransmisión a1 y a2=¿
Parámetros de las catenarias de los conductores adyacentes de la estructura, en
m.
Figura 4 Vano $e &iento ' $e "e#o en una e#tructura .
La ,uera or e,ecto ngulo T ang de la linea corresonde a la resultante de las tensiones mecnicas de los su&conductores de am&os lados de la estructura : se calcula como? T ang= 2∗ N sc∗T c∗sin
() β
2
Ec .5
Donde? T c =¿ *ension mecnica de un su&conductor ms la resión de (iento de;
en g. β =¿ !ngulo de dee>ión de la l)nea ara la estructura; de=nido or el
ro:ectista.
Distancia entre ,ases La searación m)nima entre dos conductores desnudos en el centro del (ano ara secciones sueriores a D=0,36 √ F +
kV 130
2
33 mm
caso de l)neas de alta tensión3 es?
+ 0,5 C Ec .6
Donde. D :
Distancia entre ,ases en el centro del (ano; en metros.
g. 4
L)neas de *ransmisión F :
+leca del conductor sin so&recarga a
kV : C :
30 ° C
; en metros
/olta'e entre ,ases de la l)nea; en ilo(oltio Longitud de la cadena de aisladores de susensión; en metros. Cuando se trate de una cadena de ancla'e C =0 m!"#os .
Para tomar en cuenta la altitud de la instalación : corregir la distancia eléctrica or la densidad relati(a del aire ( $ ) ; en la e>resión anterior se de&e reemlaar el término kV / 130 or kV /( 130 %$ ) . Es recomenda&le usar el reglamento alemn; resión es la siguiente? D = k √ F + L+
kV 150
Donde? D : Distancia entre ,ases en el centro del (ano; en metros.
& : Constante imo de oscilación or e,ecto
del (iento. F :
+leca del conductor a 50JC; ara la lu m>ima; en metros.
L :
Longitud de la cadena de aisladores; en metros.
kV :
/olta'e entre ,ases de la l)nea; en ilo(oltio.
La norma /DE eseci=ca dos series de (alores de K en ,unción del ngulo; una ara ,ases de la misma altura : otra; de la cual resultan distancias ma:ores; ara ,ases u&icadas una so&re otra;
*a&la 1. /alores de KF en ,unción del ngulo de des(iación de la cadena de aisladores ' α ( ara ,ases u&icadas una so&re
g. 10
L)neas de *ransmisión
Distancia entre ,ases en (ertical !3 ) = L + D s+ 0,5 Ec .7 ) :
Distancia entre ,ases (ertical; en m.
L :
Longitud de la cadena de aisladores; en m.
D* :
Distancia ,aseAtierra; en m.
9e agregan 50 cm ara tomar en cuenta las dimensiones de la cruceta in,erior ms rotección contra 'aros einetas3. Esta distancia se comara con la distancia m)nima de la norma /DE; seleccionando la
Distancia de la cruceta ms &a'a al suelo 3 Esta distancia se calcula de acuerdo a la siguiente e>resión? + = , 0 + Fm% + L Ec .8 , 0=6 + 0,006 kV Ec .9
Donde? +:
!ltura de la cruceta in,erior; en m.
,o :
!ltura m)nima al suelo segBn reglamento cileno; en m.
Fm% : L :
+leca calculada con la temeratura m>ima osi&le del conductor; en m. Longitud de la cadena de aisladores; en m.
kV :
/olta'e nominal entre ,ases de la l)nea; en /.
!ltura del ca&le de guardia o tierra D3 El criterio general emleado es
°
)=
0,5 E
( D + L )
Luego
g. 11
L)neas de *ransmisión D =0,866 E − L Ec .10
Donde; D : !ltura del ca&le de guardia desde la cruceta suerior; en m. E :
!nco de la torre; en m.
L :
Longitud de la cadena de aisladores; en m.
!nco de la torre E3 El anco de la torre deende de la dimensión del cuero de la torre a la altura de las crucetas; la cual; a su (e;
Estimación del eso de la estructura La estimación del eso de las estructuras consiste en emlear ,órmulas
Donde? : Peso de la estructura de susensión normal; en recta. C 1 :
, :
Constante
/ : omento total con resecto a la &ase de las cargas trans(ersales.
F(r)u%a $e *eter#on = C , ! √ P 3
2
En donde?
g. 18
L)neas de *ransmisión . :
Peso de la estructura de susensión normal; en recta.
C :
Constante
,! :
!ltura eimas roduce el momento total en la &ase. P : $esultante simle de las cargas trans(ersales : longitudinales com&inadas; en las condiciones m>imas de carga de (iento : cortadura. 9e usar la ,órmula de Peterson :a
*ios de estructuras Las estructuras de la l)nea de transmisión son resonsa&les or las distancias de seguridad entre los conductores; entre los conductores : el suelo u o&stculos. 9e de&en di,erenciar los tios de estructuras segBn su ,uncionamiento mecnico. 9u clasi=cación se uede di(idir en los siguientes tios
Estructura de 9usensión
Figura 5. Estructura de suspensión línea 1x220 kV.
Es la estructura agesimales or lo general. Las cadenas de aisladores son (erticales o ligeramente inclinadas en caso de a&er ngulo.
Estructura de !ncla'e
g. 1%
L)neas de *ransmisión
Figura 6. Estructura de anclaje línea 2x220 kV.
Es la estructura
Estructura de $emate
Figura 7. Estructura de reate línea 1x220 !"
g. 1-
L)neas de *ransmisión
Figura #. Estructura de remate línea 2x23kV
Es la estructura tremos de la l)nea : de&e soortar el es,uero
Estructuras Eseciales
Figura $. Estructuras de a%atiient& de c&nduct&res
9on a
g. 15
L)neas de *ransmisión realiar el cruce de r)os :
9olicitaciones so&re la estructura Las estructuras de&ern diseñarse de modo
Cargas (erticales Es el eso roio de la estructura : e(entualmente el eso de un oerario en cualLL es el (ano eso3. *am&ién se de&er considerar el eso del manguito de ielo so&re los conductores o ca&les de guardia segBn corresonda; considerando su (ano de eso ara la condición de ielo
Cargas de (iento
Figura 10. 'arga "ertical tep&ral ()es& de *perari&s+
9e de&er considerar el e,ecto del (iento so&re las estructuras; conductores; ca&les de guardia; aisladores : otros elementos su'etos a los anteriores. El (iento se suondr actuando en las siguientes direcciones? En estructuras en recta? En la dirección normal de la l)nea. En la dirección de la l)nea. En estructuras en ngulo?
g. 16
L)neas de *ransmisión En la dirección de la &isectri del ngulo de la l)nea. En la dirección normal a la &isectri del ngulo de la l)nea.
Figura 11. E,ect&s de "ient&s en estructuras.
El carga de (iento : ielo so&re conductores :Ho ca&les de guardia se calcula como? −3 F Q =Q∗ L∗( ∅ + 2∗! )∗10 En donde; O? Presión de (iento so&re los conductores o ca&le de guardia; en gHm8. L(? /ano de (iento; en m. ? Dimetro del conductor o ca&le de guardia; en mm. e ? Esesor del manguito de ielo; en mm.
9o&recarga longitudinal Esta so&recarga se roduce or e,ecto de la cortadura de conductores o de ca&les de guardia; : ocurre en solo uno de los (anos ad:acentes a la estructura. Consiste en una ,uera oriontal; en la dirección del otro (ano ad:acente; alicada en el unto o ao:o de susensión o ancla'e de los conductores o ca&les de guardia resecti(amente. En general esta ,uera se calcula considerando el tio de estructura; de acuerdo a la siguiente ta&la? Tipo de Estructura Suspensión !ncla"e y #emate
Solicitación sobre conductor 0.70Tn
Solicitación sobre cable de Guarda Tn
Tma -a%la 2. -a%la de s&licitaci&nes
Tma
En donde; *? *ensión mecnica normal de la l)nea; en g.
g. 17
L)neas de *ransmisión *!Q? *ensión mecnica m>ima; en g.
E'emlo ractico De acuerdo a las autas esta&lecidas en el resente tra&a'o se roceder a realiar el diseño electrogeométrico de una estructura; ca&e recalcar imados uesto
*ensión entre ,ases; l)neaAl)nea Bmero de conductores or ,ase
8%0 K/ 8
N sc
0.-70% kg / km
Presión del (iento Q v /ano +eca !islador tio +#2 de 10R de dimetro : 5
3
500 m 1.%0 m 1- unidades
ʺ
4
Conductor
!C9$ tio lue'a: 111% KC -a%la 3. at&s de la estructura.
Dato# $e% con$uctor: ACSR No)+re $e% con$uctor
Ta)a,o no)ina% -A.G/
Stran$in g
Di0)etr o tota% -))/
*e#o -1g21)/
lue'a:
111%.0
-5H7
%1.47
16
Fuer3a $e ru"tura -1g/ 1%517
Re#i#ten cia -421)/
0.0507
-a%la 4. at&s del c&nduct&r.
De&ido a
Saciendo uso de la Ec.1 Vo%a$i3o $e %a Cruceta -G/ G 1= L sin ( α fi ) + D fi
g. 1
L)neas de *ransmisión
α fi =30 °
LT 8.% m D fi =¿ 1.5 m ∴ G1
= 2.3∗sin ( 30 ° ) + 1.5=2.65 0 2.7 m .
Di#tancia entre 5a#e# en &ertica% -A/
Ec!6
) = L + D s+ 0,5
Donde? LT 8.% m Ds=¿ 8m ∴ )
=4.8 m
Di#tancia $e %a cruceta )0# +a7a a% #ue%o -8/
Ec!9 ' Ec!
+ = , 0 + Fm% + L
Pero , 0=6 + 0,006 kV kV =230 &V Fm% =¿ 1.%m
LT 8.% m ∴ , 0
=6 +0,006∗230 =7.83
+ =7.83 + 18.3 + 2.3 =27.98 0 28 m
Anc;o $e %a torre -E/
Ec!
E1=2 G + 1,5
2 T 8.7 m. ∴ E 1=2∗2.7 + 1,5=6.9 0 7 m
g. 14
L)neas de *ransmisión
A%tura $e% ca+%e $e guar$a -D/ tan ( 30
°
)=
Ec!<
0,5 E
( D + L )
D =0,866 E − L
ET 7 m. LT 8.% m. ∴ D = 0,866
( 7 )− 2.3=3.7 m .
En la &i$ura '( se aprecia la estructura &inal, en la cual se observa cada de los parámetros calculados.
g. 80
L)neas de *ransmisión
+igura 18. Estructura Diseñada
Conclusiones El &uen diseño de una estructura &rinda una gran seguridad al sistema de otencia; uesto
g. 81
L)neas de *ransmisión resentan cuando se est transortando energ)a eléctrica de un determinado unto a otro; el diseño deender en gran medida de la e>eriencia
i&liogra,)a tt?HHdsace.ucuenca.edu.ecH&itstreamH18%-5674H8574H1Htm-64.
d, tts?HH.celec.go&.ecHtranselectricHimagesHstoriesH&anersVomeHEI !Hca%VltVsantoVdomingoVesmeraldas.d, tt?HHreositorio.utm.edu.ecH&itstreamH18%-5674H-%16H1H+C+O*2A 8011A10.d, tt?HHdsace.ucuenca.edu.ecH&itstreamH18%-5674H8574H1Htm-64. d,
g. 88
