1 de 13
ESPECIFICACIÓN TÉCNICA GENERAL
ETG – A A.2.01
CONDICIONES GENERALES DE DISEÑO DE LÍNEAS DE A.T.
Agosto 2004
2 de 13
REQUISITOS TECNICOS PARA LA INCORPORACION DE INSTALACIONES DE TRANSMISION Y TRANSFORMACION AL SIC LINEAS DE TRANSMISION I. GENERAL Los requisitos técnicos para las líneas de transmisión que se incorporen al SIC deben mantener como mínimo los niveles de seguridad de las instalaciones existentes y producir el mínimo impacto ambiental en la zona en que se desarrollará.
I.1. ANTECEDENTES INICIALES. Los criterios de diseño que se describen en el punto II, están basados en los siguientes datos iniciales: -
Punto de partida y de llegada de la Línea Tensión Nominal: 110 kV, 220 kV, 500 kV, etc Número de Circuitos: Simple Circuito Circuito Trifásico, Doble Circuito Trifásico, Trifásico, etc Capacidad de Transmisión requerida y Tº Ambiente que se debe considerar Características del Conductor: Tipo, Número de Alambres, Tensión de Rotura, Tº Máxima de Operación, etc - Número de conductores conductores por fase - Características del Cable de Guardia: Tipo, Número de Alambres, Tensión de Rotura, Longitud requerida en la línea, etc
I.2. PARAMETROS PARA EL DISEÑO DE LINEAS UBICADAS EN LAS ZONAS I Y IV SEGÚN CLASIFICACION NORMA NSEG 5 EN 71, CAPITULO VI De acuerdo a lo indicado en la norma NSEG 5 En 71, Capítulo VI, Chile está divido en 4 zonas: Zona I: Regiones ubicadas a una altura en metros superior a la tabla del Artículo 112.1 Zona II: Faja Costera de 20 km de ancho, entre los paralelos de Tongoy y Puerto Montt Zona III: Resto del país al norte del paralelo de Puerto Montt Zona IV: Resto del país al sur del paralelo de Puerto Montt Para las zonas I, II y III, se entregan parámetros de presión de viento, espesor de hielo y temperatura. Para la zona IV no se especifica. La experiencia general en el diseño de líneas para las zonas II y III indica que los parámetros señalados en el Capítulo VI son correctos.
3 de 13
Sin embargo, la experiencia en el diseño de líneas para la zona I indica que no es real la combinación de espesor de hielo con presión de viento reducida; al contrario, se tiene de manera simultánea una presión de viento fuerte + espesor de hielo mayor a 10 mm. De lo anterior, para el diseño de líneas ubicadas en las Zonas I y IV, se deberá indicar, adicionales a los antecedentes indicados en el punto I.1, los parámetros de presión de viento, espesor de hielo y temperatura que se deberán considerar.
II. CRITERIOS TECNICOS MINIMOS PARA EL DISEÑO DE LINEAS DE TRANSMISION Los criterios técnicos mínimos para el diseño de las líneas de transmisión que se incorporen al SIC deberán regirse por lo indicado en la norma NSEG 5 E.n. 71 y por la clasificación que se indica continuación:
• Determinación del Trazado • Diseño Eléctrico y Mecánico • Diseño Civil • Franja de Seguridad • Distribución de las Estructuras en el Plano de Perfil
II.1. DETERMINACION DEL TRAZADO El estudio del trazado de una línea debe hacerse respetando los reglamentos ambientales y considerando la menor longitud posible, de acuerdo con las restricciones impuestas por las condiciones geográficas del terreno, las interferencias con la población existente, las interferencias con la infraestructura existente y las interferencias con pertenencias mineras, entre otras.
II.2. DISEÑO ELECTRICO Y MECANICO 2.1.
DIVISION DE CHILE PARA EL CALCULO DE LAS SOLICITACIONES MECANICAS
De acuerdo a lo indicado en la norma NSEG 5 En 71, Capítulo VI, Chile está divido en 4 zonas: Zona I: Regiones ubicadas a una altura en metros superior a la tabla del Artículo 112.1 Zona II: Faja Costera de 20 km de ancho, entre los paralelos de Tongoy y Puerto Montt Zona III: Resto del país al norte del paralelo de Puerto Montt Zona IV: Resto del país al sur del paralelo de Puerto Montt
4 de 13
Para las líneas que se ubiquen en las zonas II y III, se deberán considerar como mínimo los parámetros parámetros de presión presión de viento, viento, espesor espesor de hielo y temperatura temperatura que se indican indican en la norma norma NSEG 5 En 71, 71, Capítulo Capítulo VI Para las líneas que se ubiquen en las zonas I y IV, se deberán considerar los parámetros de presión presión de de viento, viento, espesor espesor de hielo y tempera temperatura, tura, de acuerd acuerdo o a lo indicado indicado en el punto punto I.2 I.2
2.2.
CALCULO DE LAS TENSIONES DEL CONDUCTOR Y CABLE DE GUARDIA
UTS: Tensión de Rotura Garantizada del conductor o cable de guardia Tensión Normal Conductor:
Cable de Guardia:
Tensión Máxima Conductor:
Cable de Guardia:
2.3.
a 15ºC sin viento, la tensión del conductor en condición inicial no debe exceder el 25% UTS y en condición final no debe exceder el 20% UTS a 15ºC 15ºC sin viento, viento, la tensión del cable de de guardia guardia en condición condición inicial no debe exceder el 20% UTS y en condición final corresponde al 90% de la flecha del conductor para las mismas condiciones y no debe exceder el 15% UTS
-5ºC con viento máximo, la tensión máxima del conductor en condición final no debe exceder el 50% UTS -5ºC con viento viento máximo, máximo, la tensión máxima máxima del cable de de guardia guardia en condición final no debe exceder el 50% UTS
DETERMINACION DE LA AISLACION
La aislación deberá soportar las acciones climáticas de la zona en que se ubica la línea y tener una resistencia suficiente a las solicitaciones mecánicas y eléctricas a las que será sometida. Las solicitaciones mínimas que deben considerarse son las siguientes: -
2.4.
Contaminación Atmosférica de acuerdo a la norma IEC 815 Sobretensiones de Maniobra Sobretensiones de Frecuencia Industrial
CALCULO DE LAS SOLICITACIONES SOBRE LAS ESTRUCTURAS
Las solicitaciones que deben considerarse sobre las estructuras de soporte de las líneas corresponden a su propio peso, las solicitaciones climáticas de la zona y las solicitaciones debido al conductor, cable de guardia, aisladores, ferretería y accesorios.
5 de 13
2.4.1. Cargas Verticales Se deben considerar: - Peso de la estructura - Peso del conductor, cable de guardia, aisladores, amortiguadores, contrapesos, accesorios, etc., aplicado en los puntos de suspensión o anclaje. Para el cálculo del peso de los conductores y cable de guardia, se debe emplear el vano de peso máximo positivo y/o negativo correspondiente. En el caso de zonas con hielo, se debe considerar adicionalmente el peso del manguito de hielo sobre cada uno de los elementos.
2.4.2. Sobrecarga Vertical Se deben considerar sobrecargas vertical eventuales por razones de montaje y/o reparaciones.
2.4.3. Cargas de Viento Se deben considerar las fuerzas debido a la presión de viento de diseño sobre la estructura, los conductores, el cable de guardia, los aisladores y en general cualquier otro elemento sujeto a la estructura. Estas solicitaciones se asimilan a cargas horizontales, transversales o longitudinales, sobre la estructura. Para el caso de viento longitudinal (paralelo a la línea) sólo las solicitaciones sobre el conductor y cable de guardia se podrán considerar como el 25% de la solicitación calculada para el caso de viento transversal transversal (perpendicular a la línea) línea) En el caso de zonas con hielo, se debe considerar para efectos de valorización de estas fuerzas, que la superficie de aplicación del viento corresponde a la superficie real del elemento aumentada por el manguito de hielo. El coeficiente de forma de cada elemento para determinar esta fuerza, se debe calcular de acuerdo a lo indicado en el Manual ASCE Nº 74 “Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading”
2.4.4. Efecto de Angulo El efecto de ángulo se debe calcular como fuerzas horizontales (transversales y longitudinales) aplicadas en los puntos de suspensión o anclaje de los conductores y en los puntos de sujeción del cable de de guardia. Se debe considerar que cualquier estructura de la línea tiene una deflexión mínima de 1º
2.4.5. Sobrecarga Longitudinal La sobrecarga longitudinal se produce por efecto de la cortadura de conductores o del cable de guardia, la cual se considera que ocurre sólo en uno de los dos vanos adyacentes a la estructura.
6 de 13
Consiste en fuerzas horizontales, en la dirección del otro vano adyacente, aplicadas en el punto de suspensión o anclaje de los conductores y en el punto de sujeción del cable de guardia. Esta solicitación se aplica en todas las estructuras de la línea y se debe calcular como: Tipo de Estructura Suspensión Anclaje y Remate
Conductor 0,70 Tn Tmax
Cable de Guardia Tn Tmax
Donde: Tn = tensión mecánica normal final según II.2.2 Tmax = tensión mecánica máxima final según II.2.2 El número de conductores que se supondrán cortados será en general 1/3 del total y en forma que produzcan la solicitación más desfavorable en cada elemento de la estructura.
2.4.6. Desequilibrio Longitudinal El desequilibrio longitudinal se debe calcular como fuerzas horizontales actuando hacia un mismo vano adyacente a la estructura, aplicadas en los puntos de suspensión o anclaje de los conductores y en los puntos de sujeción del cable de guardia. En el caso de estructuras de suspensión, estas fuerzas representan las componentes de la tensión de los conductores y cable de guardia que puedan aparecer durante el montaje o reparación y se consideran aplicadas en la dirección del vano, en todas las combinaciones posibles desde uno al total de conductores conductores y cable de guardia. guardia. En el caso de estructuras de anclaje, estas fuerzas representan las diferencias de tensiones de los conductores de ambos vanos adyacentes a la estructura y se consideran aplicadas simultáneamente en todos los conductores y cable de guardia, en dirección perpendicular al eje central de las crucetas. Esta solicitación se debe calcular como: Tipo de Estructura Suspensión Anclaje
Conductor 0,15 Tn 0,5*Tmax *cos ( α/2)
Cable de Guardia 0,15 Tn 0,5*Tmax *cos (α/2)
Donde: Tn = tensión mecánica normal final según II.2.2 Tmax = tensión mecánica máxima final según II.2.2 α = ángulo de deflexión de la línea
7 de 13
2.4.7. Remate Las cargas de remate se deben calcular como fuerzas horizontales, en la dirección del vano, actuando hacia un mismo vano adyacente a la estructura, aplicadas en los puntos de suspensión o anclaje de los conductores y en los puntos de sujeción del cable de guardia. El valor de estas fuerzas es igual a Tmax, según II.2.2, de los conductores y cable de guardia y se consideran aplicadas simultáneamente en todas las combinaciones posibles desde uno al total de conductores y cable de guardia.
II.3. DISEÑO CIVIL El diseño civil considera el diseño de las estructuras y sus fundaciones.
3.1.
NORMAS
Las Normas y Códigos que se deben considerar para el diseño, fabricación y construcción de las estructuras y fundaciones son los siguientes:
3.1.1. Normas para fabricación de estructuras metálicas Los materiales con que se fabriquen las estructuras metálicas deberán tener resiliencia garantizada de 27 Joule a la temperatura mínima de la zona en que serán utilizados. Perfiles y Planchas NCh-203 ASTM A6 ASTM EN 10025
: : : :
En calidades A37-24 ES y/o A52-34 A52-34 ES General requirements for rolled structural steel bars En calidades A36 y/o A572 gr 50 En calidades St 37-2 y/o St 52-3
:
Structural welding Code-Steel D1.1
Soldaduras AWS Pernos de Conexión ASTM A394 Tipo 1 ASTM A325 Tipo 1 DIN 267 Tipo 8.8 Todos los pernos deberán llevar golilla de presión.
8 de 13
Pernos de Anclaje SAE 1010 o SAE 1020 NCh 206 en calidad A37–20 A37–20
3.1.2. Normas para diseño de estructuras metálicas AISC ASCE ASCE
: : :
Manual of steel construction allowable stress design Manual Nº 52 Guide for design of steel transmission towers Manual Nº 74 Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading
3.1.3. Normas para hormigón y armaduras ACI 318 Nch 204, 211 y 218 Nch 170
3.2.
American Concrete Institute para barras de refuerzo Hormigón, requisitos generales
DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS
Las solicitaciones que se deben considerar en el diseño de las estructuras son las indicadas en el punto II.2.4 y sus combinaciones. Los Factores de Sobrecarga que deben considerarse, son los indicados en la norma NSEG NSEG 5 En 71, Capítulo VI Artículo 119º: 1.5 Caso Normal 1.2 Caso Eventual Podrán utilizarse en el diseño Factores de Sobrecarga menores si están bien justificados.
3.3.
DISEÑO DE LAS FUNDACIONES
Las fundaciones deberán diseñarse de acuerdo a los parámetros indicados en los Informes Geotécnicos de cada proyecto y con las solicitaciones más desfavorables no mayoradas que se obtengan del diseño de las estructuras. El extremo superior de las fundaciones de hormigón deberá quedar al menos 20 cm sobre el terreno natural y su parte superior deberá tener la pendiente suficiente para que no se acumule agua en torno al montante o pieza de fundación. La profundidad de enterramiento de estas fundaciones deberá respetar lo que indique el Informe Geotécnico correspondiente y no podrá ser inferior a 1.5 m.
9 de 13
Todas las fundaciones deberán verificarse al deslizamiento, arrancamiento, aplastamiento, volcamiento y sus combinaciones, según corresponda. Para el dimensionamiento estructural de las fundaciones de hormigón y hormigón armado se hará uso de las normas ACI 318 en su última versión. Verificación al deslizamiento Para la verificación al deslizamiento, se deberán considerar las siguientes fuerzas resistentes con sus correspondientes Factores de Seguridad: Fuerza Resistente Friccionante Cohesiva Empuje Pasivo
FS Caso Normal 1.5 4.0 4.0
FS Caso Eventual 1.3 3.0 3.0
Area Comprimida Aún cuando el diseño no esté condicionado por la solicitación sísmica, el porcentaje mínimo de área comprimida que deberá tener la fundación deberá seguir la recomendación de la Norma NCh 433: 100% Comprimida para Caso Normal 80% Comprimida para Caso Eventual Para la verificación del % de área comprimida, se recomienda utilizar lo indicado por W. Teng en “Foundation Design”, casos I y II
3.3.1. Tipos de Fundaciones para las Estructura Las fundaciones para las estructuras autosoportantes podrán ser: -
Fundaciones Independientes para cada pata Fundaciones Conjuntas (tipo “mono porfiado”), donde se apoyen dos o las cuatro patas de la estructura.
Para el caso de estructuras atirantadas, deberá considerarse una fundación central sometida a cargas de aplastamiento y muertos de anclaje para cada uno de sus tirantes, sometidos a cargas de arrancamiento.
a) Fundaciones Independientes Estas fundaciones deberán verificarse al arrancamiento empleando los dos métodos que se describen a continuación, adoptando como factor de seguridad final el valor más bajo obtenido:
10 de 13
Método 1: El cálculo se hará suponiendo que el suelo comprometido en la falla es un tronco de cono o pirámide, que forma con la vertical un ángulo β y que alcanza una altura que se medirá a partir de la losa de fundación o el ensanche de ésta. Método 2: 2: El cálculo se hará suponiendo que que la falla se produce de acuerdo al esquema esquema fijado por G.G. Meyerhof y J. I. Adams en la publicación “The Ultimate Uplifit Capacity of Foundations”, procedimiento que se utilizará también para calcular la resistencia última del suelo de fundación, adoptando en general criterios conservadores en el caso de los suelos cohesivos. La sobrecarga o suelo que cubre al estrato resistente se la supondrá con una resistencia al corte nula y sólo se considerará su peso propio.
b) Fundaciones Conjuntas En caso que las estructuras sean de base angosta o que las fundaciones aisladas resulten tan grandes que se traslapen entre sí, se diseñarán “fundaciones conjuntas”. Estas podrán soportar, en una sola fundación, dos o incluso las cuatro patas de una misma estructura. En el caso de fundaciones concretadas contra terreno y que el Informe Geotécnico indique que existe colaboración lateral del terreno, se podrá utilizar el método de Sulzberger. En el caso de fundaciones con losa o en los que no pueda considerarse la colaboración lateral del terreno, las fundaciones deberán verificarse al aplastamiento + volcamiento biaxial y al arrancamiento + volcamiento bi-axial, empleando alguno de los dos métodos que se describen a continuación: Método 1: Para el caso de fundaciones 100% comprimidas, se podrá utilizar el método de diseño de las fundaciones conjuntas que indica el método X-Y del “Transmission Structures” del Bureau of Reclamation. Método2: Para el caso de fundaciones con algún % de tracción, se deberá deberá usar el método tradicional de diseño de fundaciones, el cual considera que solo ayuda a resistir el Volcamiento el peso de suelo sobre la losa y que el Punto de Giro de la fundación está en uno de sus bordes
II.4. DETERMINACION DE LA FAJA DE SEGURIDAD Según la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC) la franja de seguridad “es el espacio de separación que deben tener las líneas eléctricas respecto de las construcciones, a ambos lados. Ese espacio está definido por las distancias de seguridad”. La franja de servidumbre de una línea de transmisión se determina por contrato con el afectado.
11 de 13
Sin embargo, la franja mínima debe ser equivalente a la franja de seguridad.
4.1.
DISTANCIA DE SEGURIDAD A CONSTRUCCIONES
Para las líneas de alta tensión sobre 25 kV, la distancia mínima a las construcciones de los conductores de las líneas, según lo establecido en la norma NSEG 5 En 71, Capìtulo VI, Artículo 109º, es de 2,5 m más 1 cm por cada kV de tensión en exceso sobre 25 kV. A esta distancia la llamaremos B y debe cumplirse considerando los conductores desviados por efecto del viento.
4.2.
DETERMINACION DE LA FLECHA DEL CONDUCTOR
Para el cálculo de la flecha del conductor se debe considerar: -
La Tº Máxima de Operación del Conductor, según lo establecido para la Línea en el punto 1.
-
El vano medio que corresponde a la prestación esperada para la familia de estructuras definida para esta línea
-
La tensión del conductor instalado a 15ºC, en condición final.
A esta flecha la llamaremos f
4.3.
DESVIACION DEL CONDUCTOR POR EFECTO DEL VIENTO.
El ángulo de desviación de la cadena por efecto del viento, α, se puede determinar a partir de la siguiente relación: tg (α ) =
LV ⋅ QV ⋅ φ C L P ⋅ P O
Donde: LV : Vano de viento de diseño [m] LP : Vano de peso de diseño[m] 2 QV : Presión de viento máxima de diseño [kg/m ] φC : Diámetro del conductor [m] Po : Peso unitario del conductor [kg/m]
4.4.
DETERMINACION DE LA FRANJA DE SEGURIDAD.
Considerando la geometría de las estructuras a utilizar en la línea, la franja de seguridad requerida en un punto determinado a lo largo de la línea viene dada por (ver croquis)
FS(x) = 2 ( S(x) + B )
12 de 13
donde:
S(x)
: Distancia desde el eje del trazado de la línea hasta la proyección proyección sobre el suelo del conductor desviado por efecto del viento, en un punto x a lo largo del vano. [m]
LINEA DE TRANSMISION TORRE DE SUSPENSION TIPICA
α
α
α
α
II.5. DISTRIBUCION DE LAS ESTRUCTURAS EN EL PLANO DE PERFIL En los planos de perfil longitudinal, las estructuras se deberán distribuir de modo que:
- La distancia de cualquier conductor al suelo sea como mínimo la distancia indicada en la Norma Chilena NSEG 5 E.n.71, considerando la Tº Máxima de Operación del Conductor (ver punto 1.), como condición final.
13 de 13
- La franja de seguridad a lo largo de toda la línea debe ser menor o igual a lo calculado en el punto II.4
- Las solicitaciones sobre las estructuras deberán ser menor o igual a lo calculado en el punto II.2
