Guia Diseño LT Con PLSCADD

Capacitación y Proyectos Líneas de Transmisión con PLSCADD

Fecha:25/04/2017

Guía para el Diseño de Líneas de Transmisión con el uso de la Herramienta computacional PLSCADD

Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

Crear un Proyecto nuevo en PLSCADD

Un proyecto nuevo se puede crear de dos tipos: 1) .xyz: Si los datos del terreno disponibles están en coordenadas Este, Norte y Elevación (Esto seria el plano de planta de la ruta) 2) .pfl: Si los datos del terreno disponibles están se tiene la progresiva y la elevación (Esto seria el perfil de la ruta) Dependiendo de las condiciones anteriores, simplemente coloque el nombre que desea para su proyecto y la extensión que aplique; a plique; sin embargo, se recomienda trabajar con el plano de planta o formato .xyz . xyz

Se le da a abrir y aparece la siguiente ventana, vamos a Archivo / preferencias para ajustar las unidades al SI de unidades.



Fecha:25/04/2017

Crear un Proyecto nuevo en PLSCADD

Un proyecto nuevo se puede crear de dos tipos: 1) .xyz: Si los datos del terreno disponibles están en coordenadas Este, Norte y Elevación (Esto seria el plano de planta de la ruta) 2) .pfl: Si los datos del terreno disponibles están se tiene la progresiva y la elevación (Esto seria el perfil de la ruta) Dependiendo de las condiciones anteriores, simplemente coloque el nombre que desea para su proyecto y la extensión que aplique; a plique; sin embargo, se recomienda trabajar con el plano de planta o formato .xyz . xyz

Se le da a abrir y aparece la siguiente ventana, vamos a Archivo / preferencias para ajustar las unidades al SI de unidades.



Fecha:25/04/2017

Recomiendo trabajar en SI (daN Force), ya que los valores son muy similares a lo que daría trabajando en Kgf que es la unidad a la que estamos acostumbrados en Venezuela.

Orden Secuencial de Trabajo

1) 2) 3) 4)

Se cargan los criterios de diseño según las normas que apliquen para el país Se cargan los datos del terreno y obstáculos en la ruta de la línea Se crea el alineamiento ali neamiento con los vértices de la ruta. Se crean las estructuras y se prelocalizan empezando por los vértices y las de alineamiento con vanos no mayores a 350 mts (criterio empírico aceptado en PDVSA) 5) Se bajan los conductores y cables de guarda de la página Web http://www.powline.com/files.html.. de PLSCADD y en caso de no existir el http://www.powline.com/files.html conductor o cable de guarda con el que estamos diseñando, se baja uno similar y se edita con los datos del cable. 6) Se realiza el tendido del conductor 7) Se verifican las holguras para temperatura máxima (Flecha máxima) 8) Se verifican todas las hipótesis del conductor y de las la s estructuras 9) Se baja la tabla de tendido 10) Se exportan los planos a Autocad o similar para editarlo si se requiere.

Criterios de Diseño

Se deben cargar los criterios de diseño en PLSCADD. Lo primero que se debe saber (Caso Venezuela) es que existe una norma de diseño que rige todos los cálculos eléctricos y mecánicos de líneas de transmisión en 115kV y 230 kV, sin embargo el espíritu y metodología es similar a la utilizada en normas internacionales y especificas de otros países. Dicha norma es la NLAV-1985 “Normas Generales para el diseño de líneas de transmisión en 115kV y 230 kV CADAFE”. Por ahora nos ocuparemos del cálculo mecánico. La norma divide el cálculo mecánico en dos secciones las cuales son: Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

1) Calculo mecánico del conductor 2) Calculo mecánico de las estructuras En estas secciones se establecen las hipótesis de cálculo que deben cumplir los conductores y estructuras cuando están sometidas a diferentes condiciones de carga bien sean climáticas, por mantenimiento, por construcción, por rotura de un conductor, por rotura de un cable de guarda o una combinación de ellas. Bien antes de continuar con la teoría, entraremos al programa PLSCADD para mostrarle la pantalla donde se deben introducir los datos que se toman de la norma CADAFE (Esto aplica para cualquier país, claro esta consultando la norma respectiva). Una tabla de casos de clima típicamente incluye un grupo de casos de clima para la verificación de la resistencia de las estructuras, un grupo para la verificación de varias holguras geométricas (al suelo, fusible quemado, entre fases, balanceos, etc.) y un grupo para verificar las tracciones de los c ables a tierra y de los conductores. También incluye el caso de clima que se supone causaría Creep (fluencia le nta), el caso de carga pesada que potencialmente causaría alargamiento permanente de los diversos cables, y diversos casos de clima necesarios para mostrar los cables a diversas temperaturas. Pág. 119 manual PLSCADD.



Fecha:25/04/2017

En esta pantalla cargaremos las hipótesis de cálculo que se deben cumplir, demos un vistazo a cada columna: 1) Descripción: Se coloca el nombre de la hipótesis 2) Air Density Factor: se coloca la densidad del aire este valor es aproximado a 0.60 Pa/(m/s)2 en Venezuela pero varia dependiendo de la zona. 3) Wind Velocity: Velocidad del viento de la hipótesis esto se vera en la norma ya que cada hipótesis tienen una velocidad del viento asociada. 4) Wind pressure: presión del viento, aquí se introduce el valor de la presión del viento, sus unidades en el sistema internacional es pascal (Pa), por lo tanto si utilizamos la formula de la norma CADAFE que se muestra abajo se debe convertir el resultado de kg/m2 a pascal. Nota: PLSCADD calcula automáticamente la presión del viento cuando se introduce la velocidad o viceversa utilizando la densidad del aire, sin embargo sino se conoce con precisión la densidad del aire, es recomendable introducir el valor de la presión del viento ya que este valor es el que el programa utiliza para cálculos internos y además es el que la norma CADAFE nos da como referencia (Valor de 55 kg/m2 para cables tendidos).

5) Wire ice thickness: espesor de hielo sobre el conductor Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

6) Wire ice Density: densidad del hielo 7) Wire ice Load: carga debida al hielo 8) Wire Temp: temperatura del conductor según la hipótesis 9) Ambient Temp: temperatura ambiente (debe ser coherente con la hipótesis) 10) Factor de carga por clima: algunas normas consideran un factor de ajuste para ser mas conservadores en los calculos, caso de venezuela=1. 11) NESC constant: constante de la norma NESC (Estados unidos) para caso venezuela=0. 12) Modelo de ajuste del viento altura del cable: algunas normas consideran un factor de ajuste de incremento en la velocidad del viento a medida que aumenta la altura de las torres, en el caso de Venezuela se considera constante=none. 13) Factor de respuesta en ráfaga del cable: algunas normas consideran un factor de ajuste para ráfagas de viento prolongadas sobre el cable, caso de venezuela=1.

Ahora bien es momento de saber de donde salen los valores que introduciremos en PLSCADD, como mencionamos anteriormente la norma CADAFE NLAV-1985, tiene esta información y existen hipótesis tanto para el conductor, cable de guarda y estructuras. 1.- Hipótesis del conductor y cable de guarda

Para quienes no lo saben existe una gran variedad de tipos de conductores (ACSR, ACAR, ACSS, AAAC, etc) y cables de guarda (OPGW, acero galvanizado EHS y HS, Alumoweld, etc), lo interesante de esto, es que cada tipo tiene hipótesis de tensado diferentes y la norma indica los valores máximos de tensión a los que se permite tensar cada tipo de conductor en una hipótesis dada. Debido a la gran variedad de tipos de conductores y cables de guarda, en esta guía nos enfocaremos en conductores tipo ACAR y cable de guarda Alumoweld para desarrollar el ejemplo, sin embargo el procedimiento es el mismo para cualquier tipo. Veamos entonces un resumen de la norma tanto para el conductor tipo ACAR (utilizaremos como ejemplo conductor 500 kCmil 12/7) como para cables de guarda tipo OPGW y Alumoweld (utilizaremos como ejemplo cable Alumoweld 7#9).



Fecha:25/04/2017

Hipótesis Límites Aplicadas al Conductor Hipótesis

Conductor ACAR 500 kCmil 12/7

I

Tensión inicial máxima no mayor al 50% de la carga de rotura

(Tensión máxima)

II (E.D.S.) III (E.D.S.)

IV

V (Cond. localización)

del conductor con la temperatura ambiente mínima absoluta y viento máximo. Tensión unitaria inicial no mayor a 4,73 kg/mm 2 con la temperatura ambiente media y viento nulo.

Tensión unitaria final no mayor a 3,94 kg/mm 2 con la temperatura ambiente media y viento nulo.

Tensión unitaria final no mayor a 4,42 kg/mm 2 con la temperatura ambiente media absoluta y viento nulo. Temperatura máxima del conductor en condiciones límites de operación viento nulo (Sin limitaciones). Esta hipótesis se utiliza para la localización de estructuras y verificación de distancias al suelo y obstáculos.

Los valores de tensiones unitarias dados en la tabla de arriba son específicos para el conductor en cuestión en base a su configuración de hilos (consultar la norma para otras configuraciones). La condición de localización de estructuras se realizará bajo condiciones de temperatura máxima del conductor en condiciones límites de operación y viento nulo el valor de temperatura máxima se obtiene del calculo térmico del conductor (tema que trataremos en la guía de calculo eléctrico de líneas de transmisión con PLSCADD).



Fecha:25/04/2017

Hipótesis Límites Aplicadas al Cable de Guarda Hipótesis

I (Tensión máxima)

Cable OPGW

Tensión inicial máxima no mayor al 42% de la carga de rotura del cable o (28,33 kg/mm2) con la temperatura ambiente mínima absoluta y viento máximo.

Cable Alumoweld

Tensión inicial máxima no mayor al 50% de la carga de rotura del cable con la temperatura ambiente mínima absoluta y viento máximo. Tensión unitaria final no mayor a 18,00 kg/mm2 con la temperatura ambiente mínima absoluta y viento nulo

II

III (E.D.S.)

Flecha del cable de guarda no mayor al 80% de la flecha del conductor, con Flecha del cable de guarda no la temperatura ambiente mínima mayor al 80% de la flecha del absoluta y viento nulo. conductor, con la temperatura ambiente mínima absoluta y viento nulo. Tensión unitaria final no mayor a 10,79 kg/mm2 o (16% de la carga de rotura), con la temperatura ambiente media y viento nulo.

IV (Temp. Temperatura máxima del cable de máxima de guarda en régimen permanente: 40 operación ºC, viento nulo (sin limitaciones). de régimen permanente)

No Aplica.

Temperatura máxima del cable de guarda en régimen permanente: 40 ºC, viento nulo (sin limitaciones).

Los valores dados para el cable de guarda OPGW o cualquier otro tipo de cable con fibra óptica, se obtienen de la hoja de datos del fabricante ya que la norma CADAFE no tiene referencia para estos cables. Excelente!!! Acabamos de definir las hipótesis de calculo mecánico del conductor y cable de guarda, sin embargo de esta forma no se pueden introducir en el programa, se deben traducir a números, es decir conocer los valores de viento máximo, temperatura minima, Temp. Media y temperatura máxima (evidentemente estos valores son particulares para la zona en que va estar ubicada la línea de transmisión)



Conductor Sección = 253 mm²

Hipótesis I

Hipótesis II

(Viento Max)

(Normal)

Fecha:25/04/2017

Hipótesis III (Normal crep)

Hipótesis IV

Hipótesis V

(Temp min) (Localización)

Estado final

Estado Inicial Estado Final Estado final

Estado final

Temp min

Temp media

Temp media

Temp min

Temp max

23,90 °C

27,40 °C

27,40 °C

23,90 °C

72 °C

P=55 kg/m2

P=0 kg/m2

P=0 kg/m2

P=0 kg/m2

P=0 kg/m2

10,56

4,42

4,73

3,94

-

Factor de ACAR

Tracción

500

(kg/mm2)

kcmil

Tensión (kg)

2671,50

1118,26

1196,69

996,82

-

% CR

50,00

20,93

22,40

18,66

-

CR: Carga de rotura. Hipótesis I

Hipótesis II

(Viento

(Normal

Cable de guarda

Max)

creep)

(Localización)

Alumoweld

Estado final

Estado final

Estado final

Sección = 46,44 mm²

Temp min

Temp min

23,90 °C

23,90 °C

P=55 kg/m2

P=0 kg/m2

61,68

18

N/A

-

Tensión (kg)

2864,5

835,92

N/A

-

% CR

50,00

14,59

N/A

-

Hipótesis III

N/A

Hipótesis IV

Temp Max 40 °C P=0 kg/m2

Factor de Alumoweld 7#9

Tracción (kg/mm2)

Ahora estamos listos para introducir en PLSCADD las hipótesis de calculo mecánico del conductor y cable de guarda, claro esta respetando las respectivas unidades (en el caso de la presión del viento convertir a pascal y en el caso de la tensión convertir a Newton o decaNewton según el sistema de unidades seleccionado en PLSCADD).



Fecha:25/04/2017

2.- Hipótesis de carga para estructuras

Las estructuras se diseñan para cumplir con requerimientos de cargas en los puntos de sujeción de los conductores y cables de guarda, estas cargas son en sentido horizontal, vertical y transversal, lo que da origen al conocido “Árbol de carga” y a partir de este los fabricantes de las torres diseñan una estructura que cumpla con las solicitudes de carga requeridas. Estas solicitudes de carga se basan en hipótesis y dependen de la función de la estructura; la norma CADAFE NLAV-1985 da las hipotes de carga para dos tipos de estructuras: 1) Suspensión 2) Amarre (terminal y derivaciones) En este momento nos enfocaremos en las hipótesis climáticas (Viento y temperatura) que debemos tomar en cuenta para el calculo del árbol de carga de las estructuras, bien sean de suspensión o de amarres, las cuales introduciremos en PLSCADD en el menú “Criterios / Clima” junto con las hipótesis del Conductor y cable de Guarda vistas en el punto anterior. En las figuras siguientes se puede observar la silueta de una torre de amarre, su árbol de carga y la tabla con las cargas Vertical, Transversal y longitudinal para cada hipótesis.

A continuación se reproducen las hipótesis requeridas por la norma CADAFE para cada tipo de estructura. Ver Norma CADAFE NLAV-1985, sección 6.



Fecha:25/04/2017

1) Estructuras de Suspensión Hipótesis A

-

Cargas transversales: Viento máximo sobre conductores, cables de guarda y estructuras a 90° de la línea (dirección normal o perpendicular) en esta hipótesis se usa la temperatura minima.

-

Cargas Verticales: Debidas al peso propio del conductor para el vano gravante de diseño mas el peso de las cadenas de aisladores, herrajes y el peso propio de la estructura. Así como también el peso de los cables de guarda para el vano gravante de diseño multiplicado por 1,05.

-

Cargas longitudinales: Ninguna

Hipótesis B

-

- Cargas transversales: Viento máximo sobre conductores, cables de guarda y estructuras a 45° de la línea (BI+ y BI- a 45°) en esta hipótesis se usa la temperatura minima .

-


-


Hipótesis C

-

- Cargas transversales: Viento máximo sobre conductores, cables de guarda y estructuras a 0° de la línea (BI+ y BI- a 0° viento paralelo) en esta hipótesis se usa la temperatura minima .

-


-


Hipótesis DC (Rotura del conductor)

-

Cargas transversales: Ninguna



Fecha:25/04/2017

-

Cargas Verticales: Debidas al peso propio del conductor para el vano gravante de diseño excepto la fase con conductor roto donde se asume la mitad del vano gravante de diseño. Se considera también el peso de las cadenas de aisladores, herrajes, el peso propio de la estructura, el peso de los cables de guarda para el vano gravante de diseño multiplicado por 1,05.

-

Cargas longitudinales: En cualquiera de los puntos de suspensión de las fases, (N) veces la tensión final del conductor para viento nulo, temperatura promedio. El valor de N es el número de subconductores por fase. Dicha fuerza longitudinal se multiplicara a su vez por el factor (F):

Hipótesis DG (Rotura del cable de guarda)

-


-

Cargas Verticales: Debidas al peso propio del conductor para el vano gravante de diseño mas el peso de las cadenas de aisladores y herrajes, el peso propio de la estructura, el peso de los cables de guarda para el vano gravante de diseño multiplicado por 1,05 excepto aquel asumido roto donde se considera la mitad del vano gravante de diseño.

-

Cargas longitudinales: En cualquiera de los puntos de suspensión del cable de guarda, la tensión final del mismo para viento nulo, temperatura promedio.

Hipótesis de construcción y mantenimiento



Fecha:25/04/2017

HCM-1

-


-

Cargas Verticales: Ninguna

-

Cargas longitudinales: En cualquiera posición de las fases igual a N veces la tensión de tendido del conductor a viento nulo y temperatura ambiental media.

HCM-2

-


-

Cargas Verticales: Ninguna

-

Cargas longitudinales: En cualquiera posición del cable de guarda, la tensión de tendido del mismo a viento nulo y temperatura ambiental media .

HCM-3

-


-

Cargas Verticales: Para todas las posiciones de las fases y cables de guarda, igual al 30% de su tensión de tendido a viento nulo y temperatura ambiental media más 250 kg.

-


HCM-4

-


-

Cargas Verticales: Para todas las posiciones de fases y cables de guarda, igual al el peso producido por 2 veces el vano gravante de diseño.

-


HCM-5



Fecha:25/04/2017

2) Estructuras de Amarre y terminal Hipótesis A

-

Cargas transversales: en cualquier punto de amarre las ocasionadas por el viento máximo actuando sobre los conductores, cables de guarda, cadenas de aisladores y estructuras en dirección perpendicular a la bisectriz del ángulo formado por la línea, mas las ocasionadas por las componentes transversales de las tensiones iniciales del conductor y cable de guarda a temperatura minima.

-

Cargas Verticales: debidas al peso propio del conductor para el vano gravante de diseño, el peso de las cadenas de aisladores y herrajes, el peso propio de los cables de guarda para el vano gravante de diseño multiplicado por 1,05 y el peso propio de la estructura.

-

Cargas longitudinales: o

o

Torres de Amarre: Se deberá tomar en cuenta la componente longitudinal que genera la presión del viento sobre los conductores y cables de guarda, agregándole cargas iguales al 5% de la carga de rotura de cada conductor y cable de guarda en los puntos de amarre. Torres terminales: en cada punto de amarre N veces la tensión inicial del conductor para temperatura minima y viento máximo aplicadas a una cara de la estructura.

Hipótesis DC

-

Cargas transversales: En cualquier punto de amarre las ocasionadas por N veces la componente transversal de la tensión final del conductor y la del cable de guarda para viento nulo y temperatura ambiente promedio , excepto la fase de conductor roto la cual le corresponde la mitad de la fuerza anterior.

-

Cargas Verticales: debidas al peso propio del conductor para el vano gravante de diseño excepto la fase con conductor roto para la cual se asume la mitad del vano gravante, se consideran también el peso de las cadenas de aisladores y herrajes, el peso propio de los cables de guarda para el vano gravante de diseño multiplicado por 1,05 y el peso propio de la estructura.

-

Cargas longitudinales: en cualquier punto de amarre del conductor N veces la tensión final del conductor para viento nulo y temperatura ambiental promedio.

Hipótesis DG

-

Cargas transversales: En cualquier punto de amarre las ocasionadas por N veces la componente transversal de la tensión final del conductor y la del cable de



Fecha:25/04/2017

guarda para viento nulo y temperatura ambiente promedio , excepto el cable de guarda roto la cual le corresponde la mitad de la fuerza anterior. -

Cargas Verticales: debidas al peso propio del conductor para el vano gravante de diseño mas el peso de las cadenas de aisladores y herrajes, el peso propio de la estructura así como también el peso propio de los cables de guarda para el vano gravante de diseño multiplicado por 1,05 excepto aquel asumido roto para la cual se asume la mitad del vano gravante.

-

Cargas longitudinales: en cualquier punto de amarre del cable de guarda la tensión final del cable de guarda para viento nulo y temperatura ambiental promedio.

Hipótesis Vano gravante negativo (Vano peso negativo)

-

Cargas transversales: en cualquier punto de amarre las ocasionadas por el viento máximo actuando sobre los conductores, cables de guarda, cadenas de aisladores y estructuras en dirección perpendicular a la bisectriz del ángulo formado por la línea, mas las ocasionadas por las componentes transversales de las tensiones iniciales del conductor y cable de guarda a temperatura minima.

-

Cargas Verticales: fuerzas verticales negativas (Vano gravante negativo) igual a N veces el 5% de la carga de rotura del conductor en cada uno de sus puntos de amarre y el 5% de la carga de rotura del cable de guarda en cada uno de sus puntos de amarre. Mas el peso de cadenas de aisladores, herrajes y peso de la estructura.

-


Hipótesis de construcción y mantenimiento

Igual a las hipótesis de torres de suspensión. Como lo mencione anteriormente por ahora solo nos interesan las hipótesis de clima para las estructuras que se cargaran junto con las hipótesis de los conductores y cables de guarda vistas anteriormente, en PLSCADD en el menú Criterios / Clima. En resumen tenemos las siguientes hipótesis de clima para las estructuras:  

Viento máximo (120 km/h para diseño), temperatura minima (en este ejemplo 23,90°C) Viento nulo, temperatura Promedio (en este ejemplo 27,40°C).



Fecha:25/04/2017

Entonces introducimos estas hipótesis en conjunto con las del conductor y cable de guarda en la tabla de casos climáticos de PLSCADD (weather case), para ello accedemos al menú Criterios / Clima.

Con esto hemos finalizado la carga en PLSCADD de las hipótesis climáticas requeridas por la norma CADAFE para conductores, cables de guarda y estructuras. CRITERIOS DE FLUENCIA Y ELONGACION Se seleccionan las hipótesis para el efecto Creep y exposiciones cortas a cargas extremas, en el caso de la norma CADAFE estas son hipótesis 3 e hipótesis 1 del conductor respectivamente.



Fecha:25/04/2017

CRITERIO DE TENSION DE CABLES En este caso se selecciona la tensión máxima a la que puede estar sometido los cables bien sean conductores de fase o cables de guarda, según lo establecido en las hipótesis de la norma CADAFE.

CRITERIO DE FLECHADO AUTOMATICO En este caso se selecciona los valores de tensión máxima a la que puede estar sometido los cables bien sean conductores de fase o cables de guarda, según lo establecido en las hipótesis de la norma CADAFE. Estos valores se seleccionan ligeramente menor a los establecidos en la tensión de cables.



Fecha:25/04/2017

CRITERIOS DE VANO PESO METODO 1

Acá se seleccionan las hipótesis de viento extremo, frío extremo y hielo (en caso que aplique) con las cuales el programa calculara las cargas de la estructura a través del método de vano ficticio o longitud reguladora (ruling span), en el caso de la norma CADAFE estas son hipótesis 1 y hipótesis 4 así como la hipótesis de viento de diseño de estructuras en sustitución de la hipótesis de hielo.



Fecha:25/04/2017

CRITERIOS PARA DIAGRAMA DE INTERACCION METODO 2: Se colocan todas las hipótesis con su respectiva condición según la norma CADAFE.

CRITRERIOS DE CARGA DE ESTRUCTURA METODO 4

Aquí se cargan las hipótesis de carga de estructura indicadas en la norma CADAFE descritas anteriormente tanto para estructuras de suspensión como de amarre.



Fecha:25/04/2017

Continuación (Conductores rotos en hipótesis DC y DG)

Los valores de los factores de carga se pueden ajustar luego y están dados en la Norma CADAFE en las hipótesis vistas anteriormente, por ahora los dejaremos en valor igual a 1 que quiere decir que no se modificaran los cálculos que reales del proyecto. SEPARACIONES VERTICALES: Acá se seleccionan las hipótesis que pueden originar máxima flecha para verificar las alturas con respecto al suelo y obstáculos.



Fecha:25/04/2017

SEPARACIONES ENTRE FASES: Acá se seleccionan las hipótesis que pueden originar máxima flecha para verificar las separaciones entre fases.

GALOPE: La norma CADAFE no específica la verificación de este fenómeno, en un paper aparte explicare como se deben introducir los datos para proyectos basado en normativas internacionales. PLS-CADD puede dibujar elipses galopantes de curva Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

única y de curva doble que simulan las envolventes empíricas de un conductor galopante, de acuerdo con el Boletín REA 1724E-200 (REA, 1992) o el Reporte Cigre 322 (Cigre Task Force B2.11.06, Junio del 2007). BALANCEO DE AISLADORES: se seleccionan las hipótesis para los cuales debemos verificar el balanceo lateral de aisladores de suspensión.

El máximo balanceo es definido como aquel que traslada el punto más bajo del Aislador lo más lejos en la dirección transversal de la estructura. Ud. necesita especificar las condiciones para las cuales se aplican los balanceos o ángulos de carga admisibles. Una posible configuración es: Condición 1: Condición sin viento y con temperatura promedio . Ésta es una Condición bajo la cual la línea pasará la mayor parte de su vida útil, y por lo tanto es la Condición más probable que ocurra cuando se produzca un sobrevoltaje. Para evitar un salto de tensión bajo esa condición, uno puede especificar los valores más Restrictivos de balanceos admisibles. Es decir caso norma CADAFE 70° de inclinación para 115 kV. Condición 2: Condición fría con viento promedio. Debido a las temperaturas frías, ésta es una condición bajo la cual la carga vertical puede ser muy pequeña para prevenir un balanceo significativo del aislador, incluso bajo viento promedio. Debido a que la Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

probabilidad de la ocurrencia de un serio aumento del voltaje bajo la condición fría no es tan alta como en restrictivos que bajo la Condición 1. En este caso se tomara V iento nulo Temperatura minima. Es decir caso norma CADAFE 30° de inclinación para 115 kV. Condición 3: Condición de viento fuerte. Los vientos fuertes son eventos raros. La probabilidad combinada de su ocurrencia junto con un aumento serio de voltaje es aún menor, así que puede ser apropiado relajar aún más los requerimientos de balanceo. Tomaremos el caso de viento máximo temperatura minima. Es decir caso norma CADAFE 0° de inclinación para 115 kV. Condición 4: Condición de día a día o un poco más fría, con viento promedio bajo tracción Final, tal como la propuesta en el Manual REA 1724e-200 para estructuras de ángulos medios y grandes. Este valor puede ser algo menos restrictivo que la Condición 1. No aplica para norma CADAFE sin embargo se puede crear este caso climático y verificar bajo esta condición: Temperatura minima, viento promedio. Tomaremos como referencia por ahora lo mismo que la condición 1 para no dejarlo vacío ya que luego el programa nos arrojaría un error en lo que estemos verificando las estructuras.

INFORME DE VANO VIENTO / PESO: se seleccionan todas las hipótesis de carga para que salgan en el informe.



Fecha:25/04/2017

INFORME DE ANGULO DE SALIDA Y ENGRAPE DEL CABLE: Se seleccionan solo las hipótesis del conductor de fase.



Fecha:25/04/2017

TEMPERATURA Y CONDICION DEL CABLE POR DEFECTO: Son los valores usados por el programa para el tensado de nuevas secciones.



Fecha:25/04/2017

TERRENO

Lo primero que se debe hacer es cargar los códigos característicos, lo cual no es mas que introducir el nivel de tensión de la línea y crear unos “códigos” (estos códigos son en realidad espacios de memoria donde luego se almacenan puntos importantes del terreno y/o obstáculos, entre ellos los puntos del propio terreno natural, puntos de vértices de la línea, conductores que se cruzan con la línea, lagunas, ríos, etc.)

Se le da a agregar y se introduce el nivel de tensión de la línea diseñada, en este caso 115 kV.

Se le da “ok” y se presiona “continue to feature code data edit dialog” aparece la ventana siguiente, en donde se crean los códigos de características de interés para la línea (Estos códigos son creados por el diseñador, hay ciertas convenciones que se han adoptado para estos códigos las cuales explico en el curso, sin embargo esto nos es condicionante de diseño, esta claro que usted le puede dar el nombre y numeración que Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

desee). En este caso hemos creado los siguientes códigos: 200 Terreno Natural, 300 Puntos Interpolados, 400 Vértices de la Línea, 630 Cruces de cables de guarda, 650 cruces de conductores de media tensión, 800 Carreteras. Cada código creado almacenara a un grupo de puntos y la idea principal es asignarle que distancias verticales y horizontales se deben cumplir desde la línea a estos puntos (Estas holguras son dadas en la Norma CADAFE NLAV-1985 caso de Venezuela, otros países deben consultar la norma especifica que le aplica).

El segundo paso es asignar a cada código característico definido en el punto anterior, los grupos de puntos correspondientes, para ello se tienen varias opciones bien sea si se esta trabajando en coordenadas XYZ (Norte, Este y Elevación) o en PFL (Progresiva y cota). Los grupos de puntos para cada código característico creado, se pueden cargar a PLSCADD a través de un plano hecho en un programa CAD con extensión .dxf, a traves de un archivo txt o de forma manual en el mismo programa. En este caso explicaremos la forma mas común de cargarlos que es mediante un archivo CAD. Para ello abrimos el plano que contiene la planimetría de la línea producto del levantamiento topográfico realizado (si estamos trabajando con coordenadas xyz) y se guarda el plano en Autocad sin unidades en formato .dxf (esto se realiza a través del comando units o unidades en Autocad), luego vamos a PLSCADD en el menú dibujo/attachments/ attachment manager para insertar el plano.



Fecha:25/04/2017

Se presiona el botón Unir

Administrador de inserciones de planos en PLSCADD, se presiona el botón unir para insertar el plano deseado.



Fecha:25/04/2017

Se busca el plano en .dfx en la dirección en que se guardo

Selección del plano deseado.

Se selecciona el plano, se le da abrir se seleccionan solo los puntos del terreno natural (en este caso curvas mayores y curvas menores, para modelar primero el terreno natural, mas adelante introduciremos otros puntos de interés como vértices de la ruta, cruces con líneas de media tensión, carreteras, etc.)

Le damos OK y luego se hace clic en el plano y se le da a mostrar. Si no logra ver el dibujo en pantalla presione el botón INIT en el menú principal de PLSCADD. Luego de Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

realizar el procedimiento descrito, se puede visualizar el plano de la ruta de la línea, en este momento se tienen todos los puntos disponibles del terreno natural.

Se fusionan los puntos en CRITERIOS / EDITAR / FUSIONAR PUNTOS DESDE ARCHIVO EXTERNO / CREAR UN ARCHIVO DE PUNTOS TOPOGRAFICOS, XYZ O PFL DESDE UN DXF INSERTADO. Esto se hace para asignar estos puntos al código característico 200 terreno natural.



Fecha:25/04/2017

Se selecciona el código característico 200 Terreno natural y se le da OK.

Nos pregunta si queremos agregar estos puntos, le damos que Si.



Fecha:25/04/2017

Finalmente nos indica que se crearon un grupo de puntos. En este momento PLSCADD reconoce que los puntos insertados pertenecen a terreno natural. Ahora para ver de mejor manera los puntos creados vamos a TERRENO / OPCIONES DE VISUALIZACION

Y seleccionamos la opción “dibujar un punto” y le damos OK en la tabla siguiente:



Fecha:25/04/2017

Ahora Vamos a Terreno / editar / editar XYZ y se verifica que los puntos fueron creados y que no existe algún punto fuera de orden, en caso de existir alguno que no se corresponda se puede eliminar o se corrige. (En la figura siguiente se puede ver que hay varios puntos fuera de orden (Valor de Z sospechosa muy diferente a la topografía del terreno).

Una vez eliminados o corregidos al valor real se le da OK y se procede a crear el modelo TIN del terreno (Hago un paréntesis para explicar que es el Modelo TIN: es una superficie que se crea a partir de los puntos del terreno natural importados, para mejorar el modelo del terreno) Para crear el modelo TIN seguimos los pasos visualizados en la figura siguiente: Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

Aparece una tabla, donde principalmente introducimos la máxima longitud de lado de triangulo, acá debemos colocar un valor cercano a la separación que hay entre las curvas de nivel del levantamiento topográfico, para tener un modelo del suelo lo mas real posible; sin embargo usted puede ingresar valores mas grandes para considerar una mayor cantidad de puntos y suavizar la superficie.

Le damos OK y comienza la triangulación TIN



Fecha:25/04/2017

Le damos aceptar y Vamos a terreno / TIN /opciones de visualización. Acá se puede escoger diferentes formas de visualizar el terreno y ver la superficie creada.

VERTICES DE LA LINEA DE TRANSMISION La forma profesional de realizar diseños de línea de transmisión, es primero seleccionando una ruta de línea lo cual se realiza en mesa técnica con varias disciplinas, entre ellas: Seguridad, ambiente, catastro, operaciones, ingeniería, estimadores de costos. Luego que se define una ruta de línea se realiza un levantamiento topográfico al detalle y se dibujan en un programa CAD la planimetría y el perfil de la ruta. Con esto se tienen definidos los vértices de la línea (en estos puntos van torres de amarre o Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

terminales) y también se puede hacer una prelocalizacion de la torres de suspensión en el eje de la línea, esto depende mucho de la empresa donde se trabaje, por ejemplo en PDVSA las torres pueden tener separaciones de hasta 350 mts y en CADAFE se acepta hasta 500. Sin embargo esto es simplemente una regla empírica, hay casos donde los vanos tienen que ser muy largos con torres altas ya que pasan por ríos o zonas boscosas protegidas. (Ver ley del ambiente, ley de bosques, AOT: autorización de ocupación de territorio otorgada por ministerio de ambiente Venezuela y AARN: Autorización de Afectación de Recursos Naturales otorgada por ministerio de ambiente Venezuela, para otros países es relativamente similar y deben consultar además de regulaciones ambientales del país correspondiente, las respectivas regulaciones gubernamentales) Ok Ahora vamos a lo que nos interesa, se cargan los vértices y puntos de prelocalizacion de torres de suspensión con sus coordenadas X, Y y Z=0 desde un archivo .txt separado por tabulaciones que usted debe preparar previamente con las coordenadas de estos puntos en el archivo CAD. Como se muestra en la figura siguiente:

Ahora vamos a TERRENO/ FUSIONAR PUNTOS DESDE ARCHIVO EXTERNO / FUSIONAR PUNTOS XYZ DESDE ARCHIVO XYZ DEFINIDO POR EL USUARIO, como se observa en la figura.



Se busca el archivo en la ubicación donde esta guardado

Se le da abrir

Se le da a import format


Fecha:25/04/2017


Fecha:25/04/2017

Se cargan las coordenadas X: Este, Y: Norte, Z=0. con el procedimiento mostrado abajo para cada uno.

Importante: En las pestañas From (desde) y To (a donde) se debe seleccionar nth tab delimited field. Para indicar que es un archivo de texto separado por tabulaciones el que se esta usando.



Se aplica lo mismo para Y

Se aplica lo mismo para Z


Fecha:25/04/2017


Fecha:25/04/2017

También se define el código característico en este caso para vértices se uso 400

Se le da OK y escogemos no guardar



Fecha:25/04/2017

Nos aparece esta ventana indicando la cantidad de puntos creados, le damos aceptar y la cerramos.

Vamos a la vista de planta y ubicamos los puntos creados.

Se puede ver que se crean los 17 puntos en el proyecto, ahora procedemos a crear una alineación uniendo estos puntos, para ello seguimos los pasos mostrados en la figura siguiente:



Fecha:25/04/2017

Se asigna el código característico 400, correspondiente a vértices

Le damos OK y Se puede ver en la figura siguiente como es creado automáticamente el alineamiento en color azul.



Fecha:25/04/2017

Los puntos creados anteriormente estaban a Z=0, por lo tanto se deben levantar a la altura correspondiente en el modelo TIN, para ello hacemos lo siguiente:

Escogemos Surrey points and PIs that have Z=0 y demos OK

Le damos que si



Fecha:25/04/2017

Debe indicarnos que los puntos fueron ajustados (Chequee que todos los puntos fueron levantados, puede darse el caso que tenga que mejorar el modelo TIN) finalmente le damos en aceptar.

Luego creamos una vista de perfil en VENTANA / NUEVA VENTANA / VISTA PERFIL

Aparece la vista de perfil



Fecha:25/04/2017

Ahora vamos al menu terreno/opciones de visualización y marcamos la casilla “Visualizar líneas en cada punto del terreno”

Y queda así, pudiéndose observar que existen espacios vacíos los cuales no tienen definida una coordenada por lo cual se debe mejorar el perfil.

Para mejorar el perfil interpolamos el modelo TIN en el eje de la línea a una distancia de cada lado lo suficiente para que incluya los conductores de fase. Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

Se le asigna el código característico 300 Puntos interpolados, se interpola en el a 5 mts a cada lado del eje, se interpola para diferencias en altura menores a 10 mts y se asigna una longitud de triangulación de 30 mts máximo. (los valores descritos son para este caso en particular, el diseñador debe colocar en estos campos los valores que apliquen en su proyecto)

Le damos OK y se crean los puntos interpolados automáticamente (se puede ver como se llenan los espacios en blanco con líneas de color verde entre las moradas que son del modelo TIN. Finalmente le damos aceptar.

ESTRUCTURAS Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

Ahora creamos las estructuras. Se deben crear todos los modelos de estructuras a usar en la línea. Existen 2 formas generales para crear estructuras, la primera forma es en el mismo programa PLSCADD (denominadas estructuras del método 1, 2 y 3) y la 2da forma es usando el programa TOWER. En esta guía crearemos las estructuras con PLSCADD, dejando para una guía mas avanzada el uso de estructuras creadas en TOWER (Esto forma parte del modulo 3 de la serie de cursos para diseño de líneas que dicto con la empresa ElectroEnergy). Para crear una estructura lo primero que hacemos es ir en PLSCADD al menú Estructuras / Crear nueva estructura.

Colocamos el nombre de la estructura a crear. Se recomienda que use códigos que permitan identificar la estructura, ejemplo una estructura de amarre terminal de 90 estándar de la empresa PDVSA en Venezuela se codifica ATD90.

Le damos abrir e introducimos todos los datos que solicita en el cuadro que se desplega.



Fecha:25/04/2017

Torres de Amarre y Terminales:

Descripción: Se coloca la identificación de la torre. Height: Altura total de la torre. Set: Conjuntos de cables, Los cables de guarda se agrupan en un set, cada circuito de la línea se agrupa en un set. Todos los conductores de un set tendrán las mismas condiciones de tensado. Se puede crear un set para cada cable de guarda si son diferentes. Phase: La fase correspondiente del Set de cables. ca bles. Dead End Set: Indicar Yes si la torre es de amarre o terminal e indicar no si es de suspensión. Set Description: descripción del set ejemplo CG: cable de guarda, Circuito 1, etc. Insulator Type: Si es para cable de guarda escoger Clamp (Grampa) si es para torre de amarre escoger strain y si es para torre de suspensión escoger Suspensión. Insul Weight: Peso del aislador en Newton cuando se trabaja en el SI de unidades, esto se saca de los catalogos del fabricante del tipo de aislador a utilizar. utili zar. Insul Wind Area: Area de incidencia del viento sobre el aislador en cm2. Esto se calcula así: Area Aislador L arg o(Cm ) xAncho(Cm ) xFactor de Forma , el factor de forma por lo general es igual a 0,7. Insul Length: Largo del aislador en metros, esto se saca de los catálogos del fabricante del tipo de aislador a utilizar. Attach Trans Offset: Posición horizontal del aislador en la mensula, esto se saca de los planos de la torre a usar. Attach dist below Top: Distancia vertical medida desde el tope de la estructura hasta la posición del aislador o punto de fijación. fijac ión. Attach Longit Offset: posición del aislador en el eje longitudinal de la torre con respecto el eje de la torre. Si la mensula es tipo puntina es igual a cero, si la mensula es cuadrada tiene un valor igual al ancho de la mensula dividida entre 2. Uplift: arrancamiento. Si es de amarre se selecciona No Limit y si es de suspensión se selecciona No uplift. =



Fecha:25/04/2017

Allowable suspensión swing angles: Ángulos de balanceo de los aisladores de suspensión, acá se colocan los ángulos permitidos por la norma CADAFE (Venezuela) definidos previamente en los Criterios. Torres de Suspensión:

Luego de crear todos los modelos de estructuras que se utilizaran en el proyecto, se agregan todas las estructuras en los puntos del alineamiento creado previamente. Las torres ATD90 en las posiciones Terminales y de amarre (Puntos PI con Ángulos de desviación) y las SD5 en las posiciones de suspensión (en alineación puntos PI con cero grados de desviación).

Se selecciona la estructura previamente creada que se corresponda con la ubicación



Fecha:25/04/2017

Luego aparece el siguiente cuadro que permite editarla en caso que se requiera (en este momento aun no lo sabemos, es posible que al realizar el tendido se tenga que utilizar en esa ubicación una torre mas alta para cumplir con las holguras requeridas en los códigos característicos o mas baja lo cual optimizaría el diseño) y le damos OK.

Y así hasta crear todas las estructuras en sus respectivos PI, quedando de la siguiente manera.



Fecha:25/04/2017

Secciones: Tendido del Conductor

Se crea el tendido de las secciones de cada tramo, recordando que una sección de tendido inicia en una torre de amarre y termina en una torre de amarre. Conductor de Fase y cables de guarda: Se puede descargar de la siguiente página Web de PLSCADD: http://www.powline.com/files.html. Vamos a la opción cables y tenemos allí una gran cantidad de los cables más comunes usados en líneas de transmisión.

En caso de que el cable no exista en la librería se descarga uno similar y se edita. Ejemplo: en el caso que nos concierne trabajaremos con un conductor de fase tipo ACAR 500 kCmil, este conductor no aparece en la librería de PLSCADD por lo que procedemos a descargar uno similar y lo editamos, como se puede observar en las figuras siguientes: Damos clic en Cables en la figura anterior

Damos clic en Generic nonlinear, y aparece la siguiente ventana con los distintos tipos de cables entre ellos el ACAR que será utilizado como conductor de fase y el alumoweld que será utilizado como cable de guarda



Fecha:25/04/2017

Damos clic en ACAR y se desplega una lista donde se nota que no existe el conductor 500 kCmil 12-7

En este caso bajaremos un conductor ACAR 700 kCmil, lo puede guardar donde desee lo importante es que recuerde esta ubicación y luego lo editaremos en PLSCADD. Ahora bajamos el cable de guarda, para este ejemplo utilizaremos el Alumoweld 7#9.



Fecha:25/04/2017

El cable de guarda existe en la librería de PLSCADD y no es necesario editarlo. Edición de cables: como el cable de fase ACAR 500 kcmil 12-7, no esta en la librería online de PLSCADD se tuvo que bajar uno similar ACAR 5700 kcmil 12-7 el cual editaremos con el procedimiento descrito a continuación:

Se abre una pantalla donde nos pide la ruta del archivo descargado en la librería online, lo buscamos y le damos abrir

Aparece la siguiente pantalla donde cambiaremos los valores que apliquen (descripción, área, diámetro, peso unitario, tensión de ruptura o ultima, resistencia) consultando la datasheet del cable a usar, los valores de modulo de elasticidad y coeficientes polinomios se dejan iguales ya que el conductor es muy parecido, sin embargo si se quiere ser riguroso puede colocar el que aparece en el datasheet del cable aunque estos datos por lo general no aparecen en los catálogos.

Le damos OK y listo ya tenemos nuestro conductor de fase preparado para el tendido. Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

Tender el conductor sobre las estructuras: vamos a secciones / tendido automatico

Le damos que si

Se escoge el conductor y se le da abrir

Nos indica que las secciones fueron creadas y le damos aceptar. Como pueden observar todas las secciones fueron tendidas incluyendo el cable de guarda, sin embargo debemos editar el cable de guarda con el conductor correspondiente Alumoweld 7#9. Para ello vamos a secciones / modificar Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

Hacemos clic en el cable de guarda, le damos OK al recuadro que aparece y luego cambiamos el conductor y el color a amarillo para diferenciarlo, presionamos flechado automático y le damos OK.



Fecha:25/04/2017

Finalmente le damos cerrar al recuadro “Modificar Sección” que se muestra en la figura. Se repite el procedimiento para todas las secciones siguientes. Quedando así:

Ahora verificamos que no se violen las distancias al suelo, verificando el tendido para la hipótesis de temperatura máxima de operación la cual es hipótesis 5 para el conductor e hipótesis 4 para el cable de guarda. Para ello vamos a Secciones / Tabla.

En la columna ver caso climático escogemos las hipótesis respectivas le damos Apply y OK



Fecha:25/04/2017

Quedaría así:

Donde se puede observar que se violan las distancias al suelo en varios tramos, ahora el diseñador tiene que elevar las torres donde aplique hasta cumplir con las holguras requeridas que fueron definidas en los “códigos característicos” para ello ir a estructuras / modificar

Hacemos clic sobre la estructura respectiva

Presionamos editar y variamos la altura hasta lograr lo requerido (Esta variación se hace de 3 en 3 metros, ya que si la torre por ejemplo es SD5+0 y necesitamos aumentar altura se le suma 3 metros y quedaría SD5+3 y nueva altura de 36.80 mts.



Fecha:25/04/2017

Este procedimiento se aplica a todas las estructuras que soportan secciones de cables que no cumplen con la distancia al suelo respectiva. Quedando así:

Verificación de Hipótesis de Cables

Una vez que el diseño cumple con todas las distancias al suelo se procede a verificar que no se estén violando hipótesis en el tendido de los cables, para ello vamos a Líneas / Informes / Uso de cables.



Fecha:25/04/2017

Se escogen todas las secciones

Y se verifica que todas las secciones estén por debajo del 100%

Verificación de Hipótesis de Estructuras: Se verifican que estén por debajo del 100%.



Fecha:25/04/2017

Verificación de Holguras (distancias al suelo y obstáculos definidos en “Codigos Característicos”): Se verifican que estén no haya violaciones.

Y así sucesivamente se puede verificar todas las separaciones en el menu Líneas / Informes Resumen: Da acceso al resumen de la línea, se puede observar los kilómetros totales, números de estructuras, cantidad de estructuras por km, entre otros datos de interés.

Árbol de Cargas: da las cargas Verticales, Transversales y Longitudinales de las estructuras en el punto de sujeción del aislador, para cada hipótesis de carga de estructura cargada en el menú Criterios / Cargas de la estructura como se explico previamente.



Fecha:25/04/2017

Tablas de tendido: Se genera la tabla de tensión y flecha para diferentes temperaturas definidas por el usuario, con esta tabla es que se hace el tendido y flechado de los conductores Secciones / tablas de tendido .

Damos OK y se obtiene el reporte para cada sección de tendido Facilitador: Ing. Kamal Arreaza


Fecha:25/04/2017

Planos del Proyecto: en el menú dibujo se realizan todos los ajustes de tamaño y escalas, recomiendo que lea el manual de PLSCADD para este punto

Para ver los planos vamos al menú Ventana / Sheets view

Felicitaciones!!! Solo te queda exportar los dibujos a Autocad y realizar los ajustes que requieras, como ponerlo en el formato de la empresa y mostrar información que considere de interés. Para ello haga lo siguiente:


Guia Diseño LT Con PLSCADD

Recommend Documents