CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
En este capítulo se tendrá reflejado el soporte teórico de todo el proceso en la que se encontró enmarcado dicho trabajo.
2.2.1-. GENERACIÓN, TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD.
En la generación se encuentran las plantas o generadores eléctricos los cuales producen la electricidad a partir de otras fuentes como son: mecánica, térmica, hidráulica, atómica, química, solar, eólica, etc. La energía generada se transporta a los centros de consumo a través de líneas de transmisión. Los voltajes de transmisión oscilan entre ! "# $ %&! "# 'llamada ()) "#*. + ma$or voltaje ha$ ma$or eficiencia en la transmisión $ menores pérdidas en las líneas. + medida medida que las líneas se acercan a los centros de consumo se baja el nivel del vo ltaje de la red, en instalaciones conocidas conoc idas como subestaciones, utiliando equipos denominados -ransformadores -ransformadores de otencia.
Estos transformadores reducen el voltaje a /0,! "# ó /,( "# que son los dos niveles de voltaje normaliados por 1+2+3E para realiar la distribución de la energía eléctrica a sus clientes. 2e las subestaciones salen las líneas de distribución que recorren toda el área servida bien sea en forma aérea o subterránea. + dichas líneas están conectadas los transformadores de distribución o bancos de transformación, los cuales reducen el voltaje a 4), 4)(, 40), 0& ó 00) 00 ) #, #, dependiendo de las necesidades del cliente. La ma$oría de los clientes están conectados $ medidos en el secundario del banco de
transformación $ el servicio eléctrico se suministra a través de las acometidas de baja tensión que se conectan directamente al contador de energía eléctrica.
2.2.2-. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN.
El sistema de distribución inicia en una estación eléctrica de potencia con transformadores, $ líneas de subtransmisión, que llegan a subestaciones de distribución con otra transformación 'a media tensión*, circuitos primarios, derivaciones, transformadores de distribución, $ red secundaria que llega a los usuarios. Los niveles de tensión en el sistema de distribución primaria son de: /0.! "# $ /,( "# normaliados por las normas 1+2+3E. Estos sistemas de distribución funcionan con rangos de tensión adecuados para las diferentes onas donde se quiera distribuir la energía, por esta raón se designan ciertos valores de tensión específicos del sistema que son característicos de c ada uno, dentro de los cuales se tiene 4)540) #, 4)(54) #, 0()54%% #, 40%)5%4)) #.
2.2.3-. TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN.
-ransformador -ipo -ipo unicornio de poste: -ransformador de distribución monofásico, sumergido en aceite mineral dentro de un cilíndrico c ilíndrico o rectángulo de acero, provisto p rovisto con soportes para colgarse en poste $ barra protectora sobre las terminales de baja tensión.
2.2.3.1-. Aplicci!"#
%$ 6e aplican en redes aéreas, para reducción de la tensión de distribución primaria en hilo, a tensiones de utiliación de d e / hilos, para alumbrado $ cargas monofásicas domésticas rurales. Los mismos presentan las siguientes características:
-. C&c'#&($'ic$ ')c"ic$ *#l '&"$+!&*!&. 7. 89mero de fases: na '*. 7. 89mero de devanados: 2os '4*. 7. 1lase de enfriamiento: ;8+8. 7. -ipo de servicio: 1ontinuo.
-. P!'#"ci "!i"l. La potencia nominal en servicio continuo debe ser uno de los siguientes valores: ) "#+< ! "#+< 4! "#+ $ /%,! "#+. El transformador debe estar dise=ado para suministrar la potencia nominal en todas las tomas del deva nado primario.
-. T#"$i!"#$ "!i"l#$. 7. 2evanado primario 'alta tensión*: -ensión -ensión nominal >>4) # $ tensión má?ima del sistema /&))) # 7. 2evanado secundario 'baja tensión*: -ensión nominal 4)540) # $ tensión má?ima del sistema 4)) #.
Fi& N/ 2.1. -ransformador tipo unicornio. F#"'#% 1arrero '4))(*
2.2.0-. CONDUCTORES ELCTRICOS. La escogencia de los conductores con ductores en un sistema de distribución se realia seg9n su capacidad de corriente $ las necesidades de dise=o, por esto e?isten e? isten diferentes tipos de conductores. Los conductores más usados en los sistemas de distribución subterránea son tipo -- $ -@A de aluminio $ de cobre, así como también conductores desnudos de aluminio B+C#D2+L $ conductores desnudos de cobre para redes aéreas.
2.2.-. CONEIONES ELCTRICAS.
La unión de los conductores a través de medios mecánicos o presión se conoce como cone?ión eléctrica $ es la encargada de distribuir el fluido eléctrico. E?isten dos métodos principales para conectar conductores eléctricos que son: por fusión $ por presión.
La cone?ión por medio de fusión es la unión de dos conductores por medio de altas temperaturas, su desventaja principal es que al recibir una sobrecorriente, la unión de los conectores tiende a fallar. La cone?ión por medio de presión es la que proporciona un contacto seguro manteniendo unido los conductores mediante la presión mecánica, por medio de pernos o con la aplicación de herramientas de compresión.
2.2..1-. C!"#c'!& p#&"*!.
+plican $ mantienen la presión mecánica entre los conductores, a través de un perno sujetador, de estos e?isten una variedad de conectores seg9n su uso $ que a continuación se muestran en la figura 8F 4.4.
Fi& N/ 2.2. 3amilia de conectores apernados.
F#"'#% 6aavedra '4))&*
1om9nmente, estos conectores son utiliados para hacer cone?iones de conductores en líneas aéreas, subterráneas, subestaciones $ equipos d e aterramiento. En el caso de ser utiliado en líneas subterráneas, ha$ que darle un tratamiento mu$ especial $ éstos tienen que ser protegidos por una masilla con capacidad dieléctrica para evitar la humedad $ luego ser recubierto por teipes especiales 'Goma $ lástico*.
2.2..2-. C!"#c'!& c!p&#$i4"%
El é?ito de un conector de compresión, se debe en gran parte a la presión de contacto mu$ elevada, desarrollada por la herramienta de instalación. +plican $ mantienen la presión entre los conductores, comprimiendo el conector alrededor de los conductores, gracias al uso de herramientas especialmente adecuadas. '6aavedra 4))&*. El fin principal de los conectores a compresión, es establecer $ mantener un contacto de baja resistencia eléctrica entre las superficies de contacto de los conductores, para conducir la corriente sin sobrecalentamiento en la cone?ión, además la presión proporciona el agarre mecánico para la fijación de los conductores.
En general, en una cone?ión a compresión puede esperarse mejor resistencia a la corrosión que el tipo apernado, $a que la alta presión aplicada a un conector de compresión, sella más contacto contra la penetración de la humedad. El factor más importante de un conector, es la o?idación de la superficie.
2.2..3-. C!"#c'!& '#&i"l.
6e conecta al final del cable, el dise=o de este conector, permite hacer una cone?ión de e?tremos de conductores en barra, cuchillas, cortacorrientes, cables de potencia $ transformadores ver figura 8H 4./.
Fi& N/ 2.3. 1onector tipo terminal. F#"'#% 6aavedra '4))&*.
2.2.5-. ACOMTIDA ELCTRICA.
La acometida es la parte de la instalación que está entre la red de distribución p9blica 'o colectiva, en caso de comunidad de vecinos* $ la caja general de protección, quiere decir, el tablero principal de la vivienda. Iunto a la acometida de una comunidad de vecinos o vivienda multifamiliar suele haber un cuadro que contiene todos los contadores o centro de medición, $ de allí salen las derivaciones individuales a cada una de las viviendas. En cambio, la acometida de una vivienda unifamiliar, es individual.
2.2.6-. PROTECCIONES ELCTRICAS.
6e entiende que un sistema está raonablemente protegido si cuenta con un sistema coordinado de elementos que desempe=en las siguientes funciones: evitar situaciones peligrosas para las personas, minimiar los da=os provocados por condiciones anormales $ aislar la ona donde aparece la falla de tal forma que el resto del sistema de distribución continué operando en las mejores condiciones posibles. + continuación se describen las diferentes formas de proteger un sistema de distribución:
2.2.6.1-. C!"#7i4" 'i#&&.
Las partes metálicas de los transformadores $ los tanques de aceite deben estar permanentemente conectados a tierra. 2eben ser previstas dos '4* cone?iones para la puesta a tierra, una para el devanado de baja tensión $ otra para el tanque. Los bujes o niples de puesta a tierra deben ser de >,! mm '/50* de diámetro $ su rosca de 4,% mm '54* de diámetro. 6e debe proveer de dos '4* conectores tipo ojal u ojo, que permitan alojar un conector de cobre de % mm de diámetro.
2.2.6.2-. C!"'& c!&'!ci&ci'!$.
-odos los transformadores deben protegerse contra cortocircuito interno en el lado de baja tensión $ mediante fusibles en el lado de alta tensión '1ortacorriente*. El fusible es el medio más sencillo de interrupción automática de corriente en caso de cortocircuitos $ sobrecargas. En baja tensión se encuentran hasta de &)) + $ de 4!) a &)) #. En este rango, la e?igencia es que soporten continuamente la corriente nominal $ que se fundan en un tiempo má?imo de ! minutos con un !J de sobrecarga. En alta tensión, se encuentran hasta de 0)) +. $ de ) a /( "#, con potencias de ), a 4) K#+. En general, un fusible está constituido por un elemento sensible a la corriente 'en adelante, elemento fusible* $ un
mecanismo de soporte de éste. El elemento fusible se funde cuando circula por él, una corriente peligrosa durante un tiempo determinado. El mecanismo de soporte establece rápidamente una distancia eléctrica prudente a fin de minimiar el tiempo que dura el arco.
7. 1alculo de fusible:
I N = 2ónde:
6 8: otencia nominal del transformador, #+. # 8: #oltaje nominal de línea del transformador, #. D 8: 1orriente nominal del transformador, +.
Luego se obtiene la corriente del fusible multiplicando por un factor de seguridad, tal como se describe en la siguiente ecuación.
D3usible: 1orriente nominal del fusible, +.
1on esta corriente de condición se escoge la capacidad del fusible.
2.2.6.3-. C!"'& $!8&#'#"$i!"#$.
-odos los transformadores serán equipados con descargadores de tensión del tipo adecuado, a fin de protegerlos contra sobretensiones originadas por descargas atmosféricas.
2.2.9-. DEMANDA DE ENERGÍA.
Es la capacidad de placa de un aparato operando bajo condiciones normales. 6e miden en: "ilovatios 'A*, "ilovoltio amperios '#+*, "ilovars '#+C6*, amperios '+*. 6e puede definir también como la potencia que consume una carga, medida por lo general en intervalo de tiempo en iloMatios horas '"Ah*, solicitada a la fuente de suministro en el punto de recepción durante un período de tiempo determinado.
2.2.9.1-. Cl$i+icci4" *# l$ c&$.
ueden ser clasificadas considerando la localiación geográfica, tipo de negocio del consumidor, dependiendo del uso eléctrico del consumidor, efecto de cargas sobre otras cargas $ en el sistema en general, o cargas que requieran especiales consideraciones. Las clasificaciones más frecuentemente utiliadas son:
-. P!& $ 8icci4" #!&:+ic% rbanas $ rurales.
-. P!& 'ip! *# c!"$i*!&% Cesidencial, comercial e industrial. -. P!& $ *#p#"*#"ci *#l $#&;ici! #l)c'&ic!% 8ormal, emergencia $ critica.
2.2.9.2-. D#"*.
Es la carga promedio, recibida en los terminales, en un determinado intervalo de tiempo< e?presada en "ilovatios 'A*, "ilovoltio amperios '#+*, amperios '+* u otras unidades aplicables a la carga. 1uando se habla de demanda se habla de: 7. otencia activa en A 7. otencia reactiva en #+C 7. otencia aparente en #+ 7. 1orriente en amperios +.
El periodo sobre el cual la carga es promediada se conoce como intervalo de demanda, que usualmente se usa de ! min., sin embargo la escogencia del mismo depende de la duración de las cargas. La variación de la demanda con el intervalo de demanda para una carga dada es mostrada en la figura 8H 4./. ara esta grafica se define: 7. 1iclo de carga: es una representación gráfica de la variación horaria de la carga 'en +, #+ o A*. 7. #alor má?imo: es el má?imo valor de la demanda observado en el ciclo de carga. 7. #alor promedio: es la carga promedio en un periodo de tiempo 't*, tiempo en el que transcurre todo el ciclo de carga, ejem.: 40 horas.
Fi& N/ 2.0. 1urva de carga. F#"'#% MMM.monografía.com.
La demanda má?ima es el valor de ma$or interés porque es la condición normal más severa impuesta a un sistema. En general para un grupo de cargas la má?ima demanda de cada una de ellas no coincide con otras, en consecuencia la má?ima demanda del grupo es menor que la suma de las má?imas demandas individuales.
2.2.9.3-. Fc'!&#$ <# c&c'#&i=" l *#"*.
ara una mejor compresión del estudio de la demanda, es conveniente tomar en consideración los siguientes factores: 7. 3actor de demanda. 7. 3actor de carga.
7. 3actor de diversidad o coincidencia. 7. 3actor de utiliación. 7. 3actor de pérdida.
-. Fc'!& *# *#"*% Es la relación entre la demanda má?ima de un sistema $ la carga total conectada al sistema.
-. Fc'!& *# c&% Es la relación de la carga promedio en un determinado periodo de tiempo $ la carga pico ocurrida en este intervalo.
-. Fc'!& *# *i;#&$i**% Es la suma de las demandas má?imas individuales, dividido entre la demanda má?ima coincidente.
1
2
3
…
D máx
-. Fc'!& *# c!i"ci*#"ci% Es la relación má?ima demanda total coincidente de un grupo de cargas $ la suma de las má?imas demandas individuales.
D máx
F
=
-. Fc'!& *# 'ili=ci4"% Es la relación de la demanda má?ima de un sistema $ la capacidad medida por el sistema. El factor de utiliación puede aplicarse a un sistema o parte del sistema, como por ejemplo el factor de utiliación de un transformador o conductor. Dndica la utiliación má?ima de equipo o instalación $ es menor o igual a la unidad.
-. Di;#&$i** *# c&% Es la diferencia entre la suma de los picos de dos o más cargas individuales $ el pico de las cargas combinadas.
−
+ continuación se se=alan algunas definiciones contempladas en el Ceglamento de 6ervicio $ las 8ormas de 1alidad del 6ervicio de 2istribución, que coad$uvan en el tema de demanda:
-. C& '!'l c!"#c'*: Es la suma de la potencia nominal '#+ o A* de todos los equipos que se encuentren en el inmueble servido.
-. Cpci** ! C& i"$'l*: Es la potencia total en #+ que la distribuidora pone e?clusivamente a disposición del usuario en el punto de entrega.
-. D#"* c!"'&'*: Es la demanda má?ima que la 2istribuidora está comprometida a entregar al usuario de acuerdo al contrato.
-. U$&i! *# &" *#"*: otencia contratada ma$or de /) #+ o que requiera de medición indirecta.
-. U$&i! *# p#<#> *#"*% otencia contratada menor o igual que /) #+ o que no requiera de medición indirecta.
2.2.9.0-. Clcl! *# l *#"* :7i.
+l momento de dise=ar un pro$ecto se tomará en cuenta esta demanda, $a que representa el ma$or valor de las e?igencias del circuito en condiciones normales de funcionamiento. Es importante mencionar que e?isten dos '4* valores de demanda má?ima que deben considerarse, la demanda diversificada o coincidente $ la demanda no coincidente. La primera se utilia cuando las cargas o grupos de cargas a ser alimentadas son parecidas u homogéneas. 1uando se trata de cargas de características mu$ diferentes se utilia la demanda no coincidente. Entonces se define:
-. D#"* :7i% La demanda má?ima de una instalación o sistema, es el ma$or valor de todas las demandas, el cual se ha medido durante un periodo de tiempo
específico. or ejemplo puede ser el valor más alto de demanda en una semana, un mes, seg9n sea el caso. Los términos utiliados para describir la demanda son:
-. D#"* *i;#&$i+ic* ! c!i"ci*#"'#% suma de las demandas impuestas por cada carga, en un intervalo particular. Es decir la suma de las contribuciones de las demandas individuales a la demanda diversificada.
-. D#"* "! c!i"ci*#"'#% 6on consideradas las má?imas demandas individuales -. L *#"* *# $'&ci4"% Los estudios de demanda deben considerar el crecimiento de la carga e?perimentara en el tiempo. En el caso de pro$ectos que se ejecutaran por fases, el dise=o deberá considerar por ejemplo el conductor, para la carga a ser servida en la etapa final del pro$ecto.
2.2.9.-. M)'!*!$ *# l #$'ici4" *# l *#"* :7i.
+ efectos de determinar la demanda a ser suministrada por un sistema de distribución, debe considerarse los diversos tipos de usuarios servidos por el mismo. 2e esta manera las estimaciones deben incluir las siguientes: 7. 2emanda residencial. 7. 2emanda no residencial. 7. 2emanda de alumbrado p9blico.
E?isten varios métodos para determinar la demanda má?ima de energía eléctrica, pero uno de los más utiliados es el método de la demanda diversificada de AE6-D8G@;6E.
2.2.9.5-. M)'!*! *# l *#"* :7i *i;#&$i+ic* *# ?#$'i"@!$#.
La demanda de un grupo residencial es una combinación de demandas de artefactos distintos en proporciones variables. Este método es mu$ utiliado $ considera la diversidad entre cargas similares $ la no coincidencia entre los picos de los diferentes tipos de carga, a través del factor de variación horaria que indica el porcentaje en que cada tipo de carga 'artefacto* contribu$e a la demanda má?ima. El método utilia una familia de curvas que representan la demanda má?ima por artefacto contra el n9mero de artefactos para varias cargas residenciales típicas, tal como se muestra en la figura 8H 4.!.
El método considera los siguientes aspectos: 7. La diversidad entre cargas similares. 7. 3actor de variación horaria, el cual se define como la relación entre la demanda de un tipo particular de carga coincidente con la demanda má?ima del grupo $ la demanda má?ima de aquel tipo particular de carga.
Fi& N/ 2.. 3amilia de curvas para la demanda má?ima por artefacto. F#"'#% Aestinghouse 2istribución 6$stem.
Las curvas están graficadas hasta para un má?imo de )) artefactos que se describen a continuación.
Fi& N/ 2.5. +rtefactos considerados para el método de la Aestinghouse. F#"'#% Aestinghouse 2istribución 6$stem.
P&!c#*ii#"'! *# c:lcl!. 7. 1alcular el n9mero de artefactos de cada tipo 'N*. 6e usa el término factor de saturación '3sat* para determinar la cantidad de electrodomésticos que ha$ en la totalidad de las viviendas. El n9mero real es el resultado de la multiplicación del '3sat* por e l n9mero de artefactos alimentadas por un transformador de distribución. Los factores de saturación se muestran en la tabla de la figura 8H 4.%.
Fi& N/ 2.6. 3actores de saturación de artefactos para una ona urbana. F#"'#% Aestinghouse 2istribución 6$stem.
47. ;btener de la curva de la Aestinghouse el valor de la demanda má?ima diversificada por artefacto, utiliando la gráfica de la figura 8H 4.!, o en su defecto los valores de + $ O de la tabla referencial de cada artefacto de la figura 8H 4.(.
T8l N/ 2.1. 2emanda diversificada por artefacto, "A. F#"'#% Aestinghouse 2istribución 6$stem.
ara los casos que el n9mero de artefactos sea ma$or de )), se puede calcular la demanda diversificada por artefacto '22iv5artefacto* con la siguiente fórmula:
D = A + 2ónde:
2div: 2emanda má?ima diversificada por cada artefacto, "A. +: 2emanda má?ima diversificada para infinitos artefactos, "A O: 2emanda má?ima diversificada má?ima para un artefactos, "A. N: 89mero de artefactos.
/7. ;btener el factor de variación horaria utiliando la tabla de la figura 8H 4.(.
Fi& N/ 2.. 3actores de variación horaria. F#"'#% Aestinghouse 2istribución 6$stem.
07. ;btener el valor de la demanda má?ima para cada tipo de artefacto, multiplicado la demanda diversificada por unidad por el factor de variación horaria, determinado en el punto anterior. !7. La demanda total es la sumatoria de las demandas diversificadas por cada tipo de artefacto.
1on la demanda diversificada en "A por artefacto se pro$ecta la demanda diversificada para un n9mero de viviendas determinado para cada comunidad. 6e estima que el factor de potencia de las viviendas sea igual a ),>.
El resultado de esta operación es "A. ara determinar la demanda má?ima coincidente es necesario una hora específica en la que se obtiene un consumo má?imo de potencia. 6e toma como esa hora % pm porque es la hora de concurrencia de la ma $oría de las personas en su hogar. La demanda má?ima coincidente en #+ se obtiene de la siguiente fórmula:
at
D
kVA =¿ ¿
orario
6iendo: 2Ká?: 2emanda má?ima, "#+.
2.2.9.6-. P&!#cci4" *# *#"*.
3inalmente se puede hacer una pro$ección de la demanda, considerando una tasa de crecimiento anual $ el n9mero de a=os. 6e usa la siguiente ecuación:
Consumo Futuro=Consumo Actual∗ 1 +
2.2.-. REDES DE DISTRIBUCIÓN.
Las redes de distribución eléctrica es un conjunto de equipos $ conductores destinados a la distribución de energía eléctrica. 6e consideran redes eléctricas de baja tensión aquella que tengan como má?imo &)) voltios $ de alta tensión a las que tengan como má?imo 4/.>)) voltios entre fases. 6e pueden distinguir dos tipos de redes eléctricas:
-. R#*#$ #l)c'&ic$ *# *i$'&i8ci4" )&#% 6on todas las redes tendidas al aire libre $ a vista directa, $a sean de conductores desnudos o aislados.
-. R#*#$ #l)c'&ic$ *# *i$'&i8ci4" $8'#&&:"#$% 6on todas las redes eléctricas subterráneas que están enterradas, tendidas en tubos, canales abiertos, etc.< con cables aislados, con o sin capa metálica $ con o sin armadura.
2.2.1-. LÍNEAS DE ALIMENTACIÓN.
Las líneas de alimentación son todas aquellas que, operando con voltajes entre fases desde &)) hasta /0.!)) #< conecten plantas generadoras o subestaciones con redes de distribución o bien con bancos de transformación aislados. 6e deben tomar en cuenta:
-. "!% 2istancia comprendida entre dos soportes 'a* también llamada vano real< se puede hablar de otro tipo de vano, seg9n el tipo de terreno a utiliar.
-. "! i"cli"*!% 2istancia entre dos puntos consecutivos de fijación del conductor en un terreno accidentados. 7. C'#"&i% en mecánica se estudia la curva que forma un hilo de peso uniforme, suspendido por sus e?tremos situados en la misma horiontal. 2icha curva se conoce con el nombre de catenaria. 7. Fl#c@% distancia entre la línea recta que pasa por los dos puntos de sujeción de un conductor consecutivo $ el punto más bajo de este mismo conductor. 7. Ecci4" *# #$'*!% es una ecuación algebraica que determina la tensión del conductor en base a las sobrecargas producidas por la temperatura, el coeficiente de alargamiento elástico del metal, dilatación térmica $ la distancia de separación entre los postes. ero en todo momento hacen que el conductor adopte una curva 'catenaria* determinada.
-. P!$'# $!p!&'#$, p!!, #$'&c'&$, #'c.% son aquellas estructuras, tipo tubular, que sirven para sostener al conductor< pueden ser de varios materiales tales como madera, concreto $ acero. 1ada uno de estos soportes debe cumplir las normas de dise=o $ construcción especificadas por 1+2+3E. Kontaje típicos de poste los montajes típicos son los siguientes:
-. P!$'# #" li"#ci4"% 6on apo$os que solamente sostienen a los conductores a una altura adecuada< para ser usadas e?clusivamente en alineaciones, tal como se muestra en la figura 8H 4./.
Fi& N/ 2.3. #ista general del montaje de un poste en alineación. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
-. P!$'# *# &&# #" :"l! *#&i;ci4"% 6on apo$os que sirven de vértice al ángulo que forman los conductores al cambiar de dirección. n poste puede llevar varios circuitos de alta tensión< también en los sistemas de distribución se requieren hacer derivaciones o cruces en alta tensión. -al como se muestran en las figuras 8H 4.0.
Fi& N/ 2.0. #ista general del montaje de un poste en amarre. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
-. P!$'# *# &&# i"'#&#*i!% 1uando se tienen líneas largas sobre terreno plano es necesario colocar un apo$o intermedio para darle firmea a la línea $ también para limitar la propagación en la misma de esfueros long itudinales de carácter e?cepcional.
-. P!$'# *# &&# '#&i"l ! +i" *# l("#% 6on los apo$os de los e?tremos de la línea $ los cuales deben resistir en sentido longitudinal de la línea a la solicitación de todos los conductores de línea, tal como se ve en la figura 8H 4.!.
Fi& N/ 2.. #ista general del montaje de un poste en amarre terminal. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
2.2.11-. MONTAES.
Es el conjunto de equipos $ accesorios que conforman parte de la estructura $ cada una de ella cumple una función en las redes de distribución eléctrica< a este conjunto se le denomina montajes. or ejemplo Bcruceta para alineación de línea trifásica en /,( "#. Los circuitos de alta tensión se montan en crucetas con aisladores de espiga 'pin* o con aisladores de disco. 6e utilian aisladores de espiga para los postes de alineación $ peque=os ángulos< se utilian aisladores de cadena para apo$os terminales, de ángulo $ de anclaje.
2.2.12-. POSTE EN BAA TENSIÓN.
Los circuitos de baja tensión se montan en perchas con un herraje en forma de que lleva aisladores del tipo de carrete 'poste con percha*, tal como se muestra en la figura 8H 4.&.
Fi& N/ 2.5. #ista general del montaje de un poste con percha. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
2.2.13-. RETENIDAS O IENTOS.
6on gua$as 'retenidas* que soportan la componente de la carga total 'fuera* en la dirección que act9an. 6e clasifican seg9n los diferentes tipos de vientos, en algunos casos no se cuentan con el espacio suficiente para construir la retenida o viento $ es necesario adoptar ciertas formas de construcción que permitan proteger los apo$os $ los mismos se clasifican de la siguiente manera:
-. i#"'! " "cl% 6e llaman vientos a un Bancla, $a que el elemento que lo mantiene firme en el suelo se le llama ancla, tal como se muestra en la figura 8H 4.%.
Fi& N/ 2.6. #ista general de un viento a un ancla. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
-. i#"'! #" 8"*#&% 1uando se dispone de poco espacio se utilia un brao para darle la inclinación adecuada a la gua$a $ luego se ancla mu$ cerca del pie del poste, tal como se muestra en la figura 8H 4.(.
Fi& N/ 2.9. #ista general de un viento en bandera. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
-. i#"'! #" '!&"p"'% En este caso no e?iste espacio suficiente del lado opuesto a las fueras actuantes sobre el poste se coloca otro poste trabajando a compresión $ se equilibra el apo$o en cuestión, tal como se muestra en la figura 8H 4.>.
Fi& N/ 2.. #ista general de un viento en tornapunta. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
-. i#"'! c!"'&;i#"'!% En este caso fue necesario llevar el viento hasta la acera opuesta donde si e?isten las condiciones para colocar el viento. El viento se coloca tanto para las cargas transversales como para las cargas longitudinales, a los apo$os terminales, de ángulo $ de anclaje. -ambién se le coloca viento para cargas transversales a los postes donde el momento resultante es ma$or que el momento admisible del apo$o. or lo tanto se recomienda al mínimo el n9mero de vientos en las redes de distribución urbana, tal como se muestra en la figura 8H 4.).
Fi& N/ 2.1. #ista general de un viento en contraviento. F#"'#% 1+2+3E !!7(%.
2.2.10-. HERRAES.
En la construcción de las redes aéreas, se utilian una serie de elementos de hierro u otro tipo de material 'madera* que reciben el nombre de herrajes. Ejemplo de herrajes son: las crucetas, abraaderas, tornillos, pletinas, pernos, anclas, grapas< etc.
2.2.1-. CARGAS MECNICAS SOBRE EL CONDUCTOR.
La carga mecánica principal que act9a sobre los conductores, la produce el tensado del conductor< por ello los conductores deberán ser dise=ados e instalados sin e?cederse de los límites de la carga de ruptura '1C*. Este valor lo apo rta los fabricantes del conductor $ puede ser verificado realiando una prueba de tracción al mismo.
2.2.15-. TENSIÓN LÍMITE DE DISEJO.
6on valores de tensiones límites de dise=o que están e?presadas en un porcentaje de la carga de rotura del conductor 'J 1.C*, con $ sin amortiguadores< para este estudio se analiara el caso sin amortiguador. Las 8ormas 1+2+3E fijan los valores de tensión límite. ara este estudio los límites de dise=o son: 7. -ensión final, má?imo sin viento, temperatura mínima !) J 1C. 7. -ensión final, sin viento, temperatura mínima 4! J 1C. 7. -ensión final, sin viento, temperatura promedio 4 J 1C.
2.2.16-. CARGAS MECNICAS SOBRE ESTRUCTURAS.
Las estructuras deberán ser calculadas para resistir las diferentes solicitaciones que actuaran sobre estos, sin que se presente una deformación permanente.
2.2.19-. TIPOS DE CARGAS SOBRE LAS ESTRUCTURAS.
En el cálculo de las estructuras deberán considerase las siguientes cargas actuantes:
-. C&$ ;#&'icl#$% 6e toman en cuenta los siguientes pesos. 7. eso de conductores. 7. eso de aisladores, herrajes, accesorios. 7. eso de equipo 'transformadores, banco de condensadores, etc.*. 7. eso de la estructura 'poste*. 7. 1argas temporales de construcción $ mantenimiento< caso de un trabajador 'liniero* $ las herramientas de trabajo.
-. C&$ '&"$;#&$l#$% 6e toman en cuenta: 7. 1arga de viento sobre la estructura. 7. 1arga de viento sobre los aisladores, herrajes, equipos $ c ualquier otro componente permanente instalado sobre la estructura. 7. 1arga de viento sobre conductores. 7. 1arga resultante del ángulo debida al tiro de los conductores. 7. Cotura de un conductor de línea.
7. 2esequilibrio de tensión 'mecánicas* en conductores.
2.2.1-. FACTOR DE SEGURIDAD.
Los factores de seguridad son empleados en el cálculo mecánico de las estructuras, estos variaran de acuerdo con la naturalea del material de fabricación $ con las condiciones de carga que deben soportar.
2.2.2-. CÁLCULOS ELÉCTRICOS DEL DISEÑO DE LA LÍNEA AÉREA.
na de las partes principales a tomar en cuenta cuando se dise=a una línea aérea de distribución, es la selección del conductor que se utiliará. Los cálculos eléctricos del dise=o de la línea aérea comprende fundamentalmente el análisis de dos aspectos:
1-. S#l#cci4" *#l c!"*c'!& p!& cpci** *# c!&&i#"'#% Lo define fundamentalmente la carga que la línea manejará en condiciones de sobrecarga. ara conocer la carga se hace un estudio previo de la demanda má?ima que manejará cada comunidad, donde se tiene:
I N =
2-. S#l#cci4" *#l c!"*c'!& p!& c(* *# '#"$i4"% ara realiar este cálculo es necesario conocer fundamentalmente la carga conectada $ la longitud total de la línea, para este caso se tendrá una caída de tensión má?ima del / J.
Fi& N/ 2.11. -roncal del alimentador principal. F#"'#% Los autores.
La ecuación es la siguiente:
6iendo,
% =
2
2.2.21-. CLCULOS MECNICO EN EL DISEJO DE LA LÍNEA AREA.
La determinación de las condiciones de carga a las cuáles estará sometido el conductor de una línea aérea es de suma importancia, siendo a su ve uno de los parámetros de ma$or variabilidad. Los factores climatológicos que rodean a una línea aérea determinarán el comportamiento del conductor, dado que afectan algunas de sus características por tanto deben ser tomados en cuen ta para su dise=o. Entre los aspectos que son influenciados por los factores climatológicos se encuentran: 7. La má?ima tensión mecánica que puede surgir como consecuencia de las condiciones climáticas severas. 7. La tensión mínima $ por lo tanto, la má?ima flecha del conductor, para la cual deberán contemplarse los criterios de distancias libres. 7. Las e?igencias impuestas sobre la vida 9til del conductor por el fenómeno de las vibraciones inducidas por el viento. 7. 2urante la vida 9til de una línea, las tensiones del conductor pueden variar en un rango que va desde el ) J hasta el !) J de su carga de ruptura, como consecuencia de los cambios de temperatura, presión del viento.
Los cálculos mecánicos de una línea aérea, está integrados fundamentalmente por:
7. 1álculo mecánico del conductor. 7. 1álculo mecánico de los postes, donde se tienen: 1álculo de esfueros transversales $ verticales.
2.2.21.1-. C:lcl! #c:"ic! *#l c!"*c'!&.
El cálculo mecánico de un conductor se basa en analiar el comportamiento del conductor para los efectos del viento $ la temperatura, así como, para el poste los esfueros ejercidos en la base del mismo.
1-. C:lcl! *#l p#$! c!p#$'! *#l c!"*c'!& p!& c& *#l ;i#"'!: El viento ejerce una presión sobre las superficies de los conductores, proporcional a su velocidad. Esta acción del viento causa sobre los conductores un aumento del esfuero mecánico $ además produce vibraciones que pueden causar fatiga al material $ romper el conductor. La fórmula empírica de Ouc" es la utiliada para el cálculo de la presión del viento sobre las superficies, clasificándolas seg9n sean plana o cilíndricas $ las ecua ciones que las rigen son las siguientes: ara superficies planas:
P para superficies cilíndricas:
2ónde: # Q resión del viento en, g5m4. # = #elocidad del viento en, m5h.
La norma 1+2+3E 8F !!7(% B2ise=o para Líneas de +limentación $ Cedes de 2istribución, recomienda utiliar para los cálculos en sistemas de distribución vientos de )) m5h.
2-. L +#&= @!&i=!"'l #K#&ci* p!& #l ;i#"'! $!8&# #l c!"*c'!&, por unidad de longitud, se calcula como:
F
=
2ónde: 3vc Q 3uera horiontal producida por el viento en, g5m. 2c Q 2iámetro del conductor en, mm.
3-. P#$! c!p#$'! *#l c!"*c'!&% Está determinado por las características del conductor $ la fuera del viento, que se determina como:
2ónde: A1 Q eso compuesto del conductor en, g5m. Ao Q eso del conductor en, g5m.
Fi& N/ 2.1. 2iagrama para calcular la fuera resultante del conductor. F#"'#% 8ormas 1+2+3E !!7(%.
La acción del viento desplaa al conductor de su plano vertical $ lo coloca en un plano inclinado en un ángulo, siguiendo la dirección de AC .
0-. "! +ic'ici! + % Llamado también vano regulador, es el tramo de línea en el cual se basarán los cálculos de variaciones de tensión de los conductores para el vano considerado, se define como:
a =
1
…
2
n
6iendo: af Q #ano ficticio del tramo en, m. an Q #ano real enésimo del tramo en, m.
-. "! c&('ic! c% Es el vano que para cada condición de viento $ temperatura coinciden ambos límites C $ #., se define como:
ac = c∗
6iendo: ac Q #ano crítico del tramo en, m. -c Q -ensión crítica en, g.
máx 2
− 2
min
θmá? Q
-emperatura má?ima en, H1.
θmim Q
-emperatura mínima en, H1.
Ao Q eso del conductor en, g5m. A1 Q eso compuesto del conductor en, g5m.
5-. C8i! *# #$'*!% El conductor está sujeto a las variaciones climáticas que determinan a su ve la tensión ejercida sobre el conductor $ las mismas son debidas a la dilatación térmica, el esfuero $ alargamiento. El cálculo d el tensado de los conductores se hace a partir de hipótesis de carga, para unas determinadas condiciones e?tremas o límites de referencia< en ella, la carga total que resulte aplicada al conductor, causada por la suma de todas las tensiones límites de dise=o que u na hipótesis de cálculo pueda admitir, debe ser un porcentaje determinado de la carga de rotura del conductor. + partir de estas condiciones e?tremas o límite, se determinan las condiciones intermedias o las cargas que resulten en otras circunstancias por las cua les puede pasar el conductor. Esto permite determinar además del valor de las tensiones en "ilos, los valores de las flechas en metros que debe tener un conductor a unas condiciones secundarias, para que cuando las condiciones varíen $ en el má?imo lleguen a las más fuertes solicitaciones, las variaciones del conductor sólo le producan una carga que resulte la fracción de su carga de rotura que se le ha asignado como tope para estas.
6-. D#'#&i"ci4" *# l c!"*ici4" i"icil +i"l *#l c!"*c'!&, $#" l$ '#p#&'&$% Las normas 1+2+3E 87C 4.)0.)0 fija la temperatura para las diferentes onas del país de acuerdo a su altitud sobre el nivel del mar 'msnm*. 6in embargo como referencia, la tabla 8F 4. indica las temperaturas pa ra las onas del país de acuerdo a su latitud sobre el nivel del mar.
T8l N 2.1. -emperaturas para las onas del país. F#"'#% 8ormas 1+2+3E !!7(%.
Al'& $!8&# #l "i;#l *#l & $"
T#p#&'& 8i#"'# /C M:7i M("i
) R !))
&)
)
!) R )))
!)
!
)) R 4)))
/!
)
4)) R /)))
/)
7!
/)) R En adelante
4!
7)
7. L(i'# *# $#&i** R% -ambién conocido como límite de ruptura 'límite C*, se utilia para proteger al conductor de rompimiento producto de esfueros que sobrepasan la capacidad elástica del mismo. ara evitar que el conductor sufra alargamientos e?cesivos que se acerquen a su límite de elasticidad, se ha fijado las siguientes condiciones: 7. #elocidad del viento má?ima, )) m5h. 7. -emperatura del conductor mínima, ! H1. 7. 1oeficiente de elasticidad final. 7. -ensión má?ima que no supere el !) J de la carga de ruptura.
7. L(i'# *# $#&i**
% -ambién conocido como límite de vibraciones 'límite #*,
se utilia para evitar las vibraciones continuas que producen el rompimiento de los
conductores. El límite dice que la tensión má?ima a la cual se podrá someter el conductor será de un 4! J de la carga de ruptura. Las condiciones propias para las vibraciones son: 7. #elocidad del viento mínima, ) m5h. 7. -emperatura del conductor mínima, ! H1. 7. Kódulo de elasticidad inicial, igual al final. 7. -ensión má?ima que no supere el 4! J de la carga de ruptura.
7. L(i'# ! c!"*ici4" Di&i l(i'# D% Las condiciones diarias son: 7. resión del viento despreciable. 7. -emperatura media de la ona. 7. Kódulo de elasticidad. 7. -ensión mecánica 4) J de la tensión de ruptura.
7. Fl#c@ M:7i% 1uando la temperatura es má?ima, el conductor se encuentra en el plano más bajo en el cual se verifica. 7. resión del viento despreciable. 7. -emperatura má?ima de la ona. 7. Kódulo de elasticidad final.
9-. Ecci4" *# c8i! *# #$'*!% na línea aérea se encuentra, tensada a unas determinadas condiciones de temperatura $ carga, al cambiar estas condiciones, cambiarán la longitud de la línea, la tracción $ con esto la flecha del conductor. 1omo es necesario conocer todos estos cambios con antelación, a fin de conocer la flecha en un determinado momento para poder conservar las distancias mínimas al suelo $ los esfueros má?imos de los conductores, hace falta disponer de un instrumento matemático que nos permita determinar las variaciones en la flecha $ la tensión mecánica. Este instrumento es la ecuación de cambio de estado, en cu$a fórmula se presenta la dilatación térmica, el esfuero $ alargamiento.
-. Dil'ci4" ')&ic% La dilatación térmica se produce cuando aumenta la temperatura $ origina que la longitud del conductor aumente, su ecuación muestra dicha variación.
2ónde: ∆Lo Q
α Q
2ilatación del conductor en, m.
1oeficiente de dilatación térmica del material en, 5H1.
θmá? Q
-emperatura final del conductor en, H1.
θmin Q
-emperatura inicial del conductor en, H1.
L Q Longitud inicial del conductor en, m.
-. E$+#&=! l&i#"'!% +l aplicarle una tensión mecánica al conductor este aumenta su longitud $ se rige por la siguiente ecuación:
$ ¿=
2ónde: ∆Lt Q
+largamiento por tensión en, m.
-4 Q -ensión final aplicada en, g. - Q -ensión inicial en, g. 6c Q 6ección del conductor en, mm4. E Q Kódulo de elasticidad en, g5mm4.
-. M4*l! *# #l$'ici** i"icil +i"l% 6i se define la deformación como
/=
m
$ el esfuero como
1 =
$ una variación de tensión mecánica igual a ∆-
Q -4 R -< luego el módulo de elasticidad puede ser descrito por las ecuaciones:
= 2 .=
-omando en cuenta todas las ecuaciones anteriores, restándolas, sustitu$éndolas $ comparándola, se obtiene una ecuación donde se involucra la dilatación térmica, esfuero $ alargamiento, conocida como BLa Ecuación de 1ambio de Estado $ es la siguiente:
3
+
c
*
o 2
+ Sc ∗ .∗ + ∗( ,máx −,m-n )− o ∗ −
2onde se puede simplificar como:
6iendo:
2
c
*
C
=0
A =
c
B=
c
*
o 2
*
+ Sc∗ .∗ + ∗( ,máx −,m-n )− o
C
2ónde:
- Q -ensión de ruptura final en, g. -o Q -ensión de ruptura inicial, primer estado en, g. 6c Q 6ección del conductor en, mm4. E Q Kodulo de elasticidad final en, g5mm4. af Q 2istancia del vano ficticio en, m. Ao Q eso del conductor sin viento en, g. A1 Q eso compuesto del conductor con viento en, g5m. α Q
1oeficiente de dilatación lineal en, 5H1.
θmá? Q
-emperatura de trabajo en condiciones finales en, H1.
θmín Q
-emperatura de trabajo en condiciones iniciales en, H1.
En la siguiente tabla se muestran los valores de los módulos de elasticidad para ciertos conductores, así como su coeficiente de dilatación térmica.
-. Clcl! *# l +l#c@ :7i p& c* "! *# l!$ #$'*!$% 6e hio uso de la siguiente formula:
F =
C
*
2onde, - Q es la tensión de cada límite luego de calculada la ecuación de cambio de estado. Ac Q es el peso respectivo a cada límite '$a sea por carga por viento o peso normal del conductor*. aC Q es el vano regulador usado para la ecuación de cambio de estado.
T8l N 2.2. 1oeficiente de dilatación $ módulo de elasticidad, para ciertos conductores. F#"'#% 8ormas 1+2+3E !!7(%.
TIPO DE
MÓDULO DE
COEFICIENTE DE
CONDUCTOR
ELASTICIDAD
DILATACIÓN
+luminio 1obre 2uro +cero +leación de +luminio +luminio7+cero &5 +luminio7+cero 4&5% +luminio7+cero /)5% +luminio7+cero /)5>
2
TRMICA 1/C1-5
!.))) ).))) >.))) !.!)) %.&!) %.&4) (./4) (.4%)
4/ & 4 4/ >, (,> %,( (
2.2.21.2-. C:lcl! #c:"ic! *# l!$ p!$'#$.
1orresponde a la selección de las características de los postes, donde se deben tener en cuenta una serie de cargas $ esfueros entre los que se encuentran las cargas transversales $ verticales.
1-. E$+#&=!$ '&"$;#&$l#$% 6on los esfueros debido a la acción del viento actuando horiontalmente sobre la superficie del poste, herrajes, equipos $ conductores. Estos esfueros tienden a volcar el poste. Los esfueros transversales se comprueban por el esfuero en cumbre $ las secciones del poste, con la siguiente ecuación:
2onde,
3-# Q Es la fuera del viento total en, g. 3#1 Q Es la fuera del viento sobre los conductores en, g. 3# Q Es la fuera del viento sobre el poste en, g. 3#@ Q Es la fuera del viento sobre los herrajes en, g.
-. F#&= *#l ;i#"'! $!8&# l!$ c!"*c'!&#$% 6e calcula con la siguiente ecuación:
2onde< dc Q 2iámetro del conductores en, mm. af Q #ano ficticio en, m. 8c Q 89mero de conductores.
-. F#&= *#l ;i#"'! $!8&# #l p!$'#% 6e calcula con la siguiente ecuación:
2onde< ho Q +ltura del empotramiento en, m. dt Q 2istancia mínima desde el vano hasta el suelo en, m. 3má? Q 3lecha má?ima en, m.
1on los datos anteriores se selecciona un poste cu$a altura no supere al cálculo de las dimensiones de Hp $ el esfuero en cumbre no sea ma$or de F VC . La fuera del viento sobre el poste queda definida por la ecuación siguiente:
F
=
∗ D ∗ & + D ∗ & ∗ 2 & + & + D ∗ & ∗ 2∗ & + 2∗ & + &
6iendo:
P las dimensiones del poste se muestran en la figura 8H 4.0.
Fi& N/ 2.2. 2imensiones de las secciones de los postes. F#"'#% 8ormas 1+2+3E !!7(%.
-. F#&= *#l ;i#"'! $!8&# l!$ @#&&K#$% 6e calcula con la siguiente ecuación:
En conclusión se determina la fuera del viento total '3#-* $ se comprueba con el esfuero en cumbre del poste, es decir:
2e esta manera, se selecciona el poste correcto.
2-. C!p&!8ci4" *# l$ $#cci!"#$ *#l p!$'#% La comprobación de las secciones del poste consiste en determinar que dichas secciones no fallen antes las fueras transversales, para esto se debe cumplir que:
2onde, Si Q Kódulo del poste en, cm/. Smi Q Kódulo de sección mínima para evitar ruptura en, cm/.
7. El 4*l! *#l p!$'# se determina como:
i
5 )i =
− i−
i
2onde, 2i Q 2iámetro de cada sección en, cm. ei Q Espesor de cada sección en, cm.
7. El 4*l! *# $#cci4" ("i *# &p'&% se determina como:
5 mi=
s
7
2onde, 1s Q 1oeficiente de seguridad, 4,!. Kv Q Komento de volcamiento en, gTm. C mp Q Cesistencia del material del poste, !! g5mm.
El !#"'! *# ;!lci#"'! se determina como:
2onde, 3#- Q Es la fuera total del viento en, g. O16 Q Orao de cada sección en, m.
3-. E$+#&=!$ ;#&'icl#$% Los esfueros verticales son aquellos originados por el peso de los herrajes, conductores, retenidas, entre otras colocadas sobre el poste. 6e calcula como:
2onde, 3# Q Es la fuera vertical del poste en, g. Σi Q
6umatoria de los pesos en, g.
Σ1i Q
6umatoria de las compresiones en, g.
En la $'!&i *# l!$ p#$!$ se consideran:
2onde, Q eso del poste en, g. @ Q eso de los herrajes en, g. 6e considera del ) al /) J del peso del poste.
1 Q eso de los conductores en, g. 6e calcula como:
L Q eso de un liniero en, g.
En la $'!&i *# l$ c!p&#$i!"#$ se tiene:
C =
r
2onde, 3r Q 3uera resultante del poste en, g. P dada por:
