UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

Y SEGURIDAD MEDIANTE VARIANTE DE LAS LNEAS DE TRANSMISIN SHELBY EXCELSIOREN 50kVZONA DE COLQUIJIRCA

INGENIERO ELECTRICISTABach. Eduardo Walter, HERRERA CRISSTOMO.

HUANCAYO - PER

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ASESOR

ING. DAVID HUARAC

DEDICATORIA

A mis padres por el apoyo y amor incondicional que me brindan y por ser mis guas en todo momento.A los docentes de la Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica, por la enseanza brindada en mi formacin profesional.

Eduardo Walter, HERRERA CRISSTOMO

CARTULA

INDICE

ASESOR .............................................................................................................. DEDICATORIA.................................................................................................. NDICE................................................................................................................ RESUMEN ........................................................................................................... INTRODUCCIN ............................................................................................... CAPTULO I

1.1. Formulacin de la tesis..........31.1.1. Identificacin del problema......31.1.2. Objetivos.......51.1.3. Formulacin de hiptesis..........61.2. Aspectos generales ..........61.2.1. Finalidad...61.2.2. rea de influencia ...71.2.2.1. Ubicacin geogrfica71.2.2.2. Condiciones climticas.7SISTEMA ELCTRICO DE LA ZONA DE COLQUIJIRCA.

I II III IX 1

1.2.2.3. Vas de acceso..8

1.2.3. Normas aplicables.8

1.2.4. Trazo de la ruta.8

1.3. Criterios de interconexin.9

1.3.1. Niveles de tensin.9

1.3.2. Flujo de potencia...10

1.3.3. Niveles de cortocircuito10

1.3.4. Alcances del proyecto...10

1.4. Parmetros para el diseo de la lnea de transmisin....11

1.4.1. Caractersticas generales...11

1.4.2. Conductor de aleacin de aluminio...11

1.4.3. Cable de guarda.12

1.4.4. Aislamiento..13

1.4.5. Estructura.14

1.4.5.1. Material y tipo de estructura.14

1.4.5.2. Clculo mecnico de estructuras..15

1.4.5.3. Distribucin de estructuras...20

1.4.5.4. Cimentacin de postes..20

1.4.5.5. Retenidas y anclajes.21

1.4.6. Diseo mecnico.21

1.4.7. Puesta a tierra..25

1.4.8. Distancias mnimas de seguridad....27

CONFIABILIDAD Y SEGURIDAD DEL

SISTEMA DE TRANSMISIN.

2.1. Confiabilidad en los sistemas elctricos de potencia28

2.2. Mtodo aproximado de la confiabilidad en sistemas de transmisin34

2.2.1. Sistemas con ms de dos componentes en paralelo..38

2.2.2. Evaluacin de la confiabilidad en sistemas elctricos simples.40

2.3. Confiabilidad de la transmisin.43

2.4. La confiabilidad en los sistemas de distribucin de energa elctrica...44

CAPTULO III

ANLISIS DE CLCULO DE LA LNEA DE

TRANSMISIN.

3.1. Seleccin del conductor.52

3.1.1. Objeto52

3.1.2. Datos principales de la lnea.52

3.1.3. Anlisis por rgimen de corto circuito por estabilidad trmica52

3.2. Seleccin del ngulo de proteccin del cable de guarda..55

3.3. Estabilidad trmica del cable de guarda55

3.4. Seleccin del nivel de aislamiento56

CAPITULO II

3.4.1. Nivel de aislamiento.56

3.4.1.1. Tensin nominal y mxima del sistema...57

3.4.1.2. Seleccin del BIL.....57

3.4.1.3. Seleccin de los aisladores...58

3.5. Distancias elctricas apropiadas61

3.5.1. Altura mnima de los conductores sobre el terreno..61

3.5.2. Sobre carreteras.62

3.5.3. Sobre conductores de otras lneas elctricas62

3.5.4. Entre conductor y estructuras de otras lneas elctricas62

3.5.5. Distancia horizontal mnima entre conductores62

3.6. Clculos mecnicos de los conductores63

3.6.1. Correlacin entre el conductor de fase y el cable de guarda.63

3.6.2. Hiptesis de estado...64

3.6.2.1. Conductor de fase.64

3.6.2.2. Cable de guarda66

3.6.3. Esfuerzo en los conductores..67

3.6.4. Diseo mecnico de los conductores....68

3.6.5. Calculo del uso de amortiguadores...76

3.7.Clculos mecnicos de postes y retenidas78

3.7.1. Objeto78

3.7.2. Factores de seguridad78

3.7.3. Frmulas aplicables..78

3.7.4. Caractersticas de los postes de madera81

3.7.5. Simbologa82

3.7.6. Clculo mecnico de retenidas..83

3.7.7. Distribucin de las estructuras..85

3.8. Diseo de la puesta a tierra87

3.8.1. Objetivo.87

3.8.2. Resistividades tpicas del suelo.88

3.8.3. Resistividad promedio y tipo de terreno del proyecto en estudio.88

3.8.4. Resistencias permisibles de puesta a tierra..89

3.8.5. Diseo de las puestas a tierra...89

3.9. Calculo de cimentaciones..91

CAPITULO IV ESPECIFICACIONES

TCNICAS PARA EL SUMINISTRO DE

MATERIALES.

4.1. Postes de madera tratada..95

4.2. Conductor de aluminio ACSR...105

4.3. Cable de guarda.112

4.4. Aisladores de porcelana tipo ball and socket119

4.5. Ferretera del conductor..123

4.6. Accesorios del cable de guarda135

4.7. Retenidas y accesorios140

4.8. Materiales de puesta a tierra.145

CAPTULO V

METRADO Y PRESUPUESTO REFERENCIAL.

5.1. Metrado base.

5.2. nlisis de costos de suministros de materiales

5.3. nlisis de costos de montaje electromecnico

5.4. Costo total del presupuesto... CONCLUSIONES............................................................................................... RECOMENDACIONES...................................................................................... BIBLIOGRAFA................................................................................................. ANEXOS.............................................................................................................Anexo N 01: Planos de ubicacin geogrfica.

Anexo N 02: Distancia horizontal mnima entre conductores.

Anexo N 03: Seleccin de amortiguadores. Anexo N 04: Clculo del nivel de aislamiento. Anexo N 05: Diseo de puesta a tierra.Anexo N 06: Clculo mecnico de conductores de fase. Anexo N 07: Clculo mecnico de cable de guarda. Anexo N 08: Clculo del bloque de anclaje de retenidas. Anexo N 09: Planillas de estructuras.Anexo N 10: Metrado y presupuesto general de la obra.

Anexo N 11: Detalle de armados. Anexo N 12: Perfil de variante. Anexo N 13: Trazo de variante.

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R E S U M E N

La Sociedad Minera El Brocal S.A.A. desarrolla sus actividades mineras en el poblado de Colquijirca, distrito de Tinyahuarco, provincia de Cerro de Pasco y departamento de Pasco. A fin de satisfacer sus requerimientos de energa elctrica esta interconectada a las lneas de transmisin L-6516 y L-6517 (Shelby - Excelsior) en la S.E. Buenavista de propiedad de ELECTROANDES S.A., adems cuenta con dos centrales hidroelctricas, Ro Blanco y Jupayragra.

Las lneas de transmisin L-516 y L-517 en 50 kV. Shelby - Excelsior tienen una longitud aproximada de 18,116 km cada una. Ambas lneas trifsicas se encuentran montadas sobre las mismas estructuras a lo largo de todo su recorrido. Ambas ternas estn compuestas por conductor de Cobre 1/0 AWG apoyados en estructuras metlicas del tipo arriostrado.

Debido a la expansin minera de la Sociedad Minera El Brocal S.A.A., parte de estas lneas de transmisin se encuentran muy prximas al rea de desmonte de piedras, dicha condicin pone en riesgo la continuidad del servicio elctrico. La parte de las lneas que atraviesa la zona minera, se encuentra ubicada en el tramo que va de la estructura N261 hasta la estructura N 284, hacindose necesaria la reubicacin de las lneas de transmisin en este tramo.

El problema a investigar consistir en evaluar los criterios de diseo de la variante de las Lneas de Transmisin L-516 y L-517 Shelby - Excelsior, tendr como punto inicial la Estructura N 261, en cuya cercana se construir una estructura Tipo "TP" (anclaje), llegando hasta Estructura N 284 por la lateral derecha, en cuya cercana se construir una estructura Tipo "TP" (anclaje).

La variante ser igual que la actual lnea de transmisin en doble terna con disposicin vertical, pero se efectuar un cambio en el tipo de conductor, se utilizar conductor ACSR PIGEON N 3/0 AWG; el cable de guarda ser de acero galvanizado de extra alta resistencia 5/16" ; las estructuras sern de madera Tipo "SP" (06) y "TP" (05). El aislamiento ser en base a aisladores del tipo disco estndar de cinco (5) unidades por cadena de suspensin y seis (6) por cadena de anclaje. La longitud total de la variante es de 3188,04 m.

El diseo propuesto es el planteamiento ms adecuado para poder asegurar un servicio elctrico confiable y seguro mediante la ejecucin de la variante de la lnea de transmisin en 50 kV, por lo que considero un modesto aporte para la implementacin de proyectos similares, por lo que pongo a consideracin de los jurados de la presente tesis.

El Autor.

I N T R O D U C C I N

La presente tesis tiene como objetivo el estudio de CONFIABILIDAD Y SEGURIDAD MEDIANTE VARIANTE DE LAS LNEAS DE TRANSMISIN SHELBY EXCELSIOR EN 50kV ZONA DE COLQUIJIRCA, muestra los criterios de diseo y las caractersticas que tendr esta variante. Con las nuevas caractersticas, este sistema elctrico permitir la confiabilidad y seguridad al realizar la variante de las lneas de transmisin L-6516/L-6517 en 50kV lo cual permitir el suministro ptimo del servicio de energa acorde a las normas tcnicas de calidad del servicio elctrico.

En el captulo I denominado Sistema Elctrico de la Zona de Colquijirca, se detalla las condiciones generales, los criterios que deben tener en cuenta para realizar la interconexin de la lnea de transmisin, los parmetros de diseo, los criterios de diseo elctrico y mecnico para la lnea de transmisin.

En el captulo II, se hace un estudio de la Confiabilidad y Seguridad del Sistema de Transmisin, as como del mtodo aproximado de la confiabilidad en sistemas elctricos de transmisin, sistemas con ms de dos componentes en paralelo y la evaluacin de la confiabilidad en los sistemas elctricos simples.

En el captulo III, se hace mencin al Anlisis de Clculos de la Lnea de Transmisin, tal como el diseo mecnico del conductor, diseo de las estructuras

tipos, los niveles de aislamiento, el sistema de puesta a tierra y las respectivas fundaciones de acuerdo al tipo de estructura a ser utilizado.

En el captulo IV de la presente tesis se incluye las caractersticas de los suministros de los materiales que se instalarn

En el captulo V realizamos el respectivo metrado y el costo referencial para la ejecucin en obra de la lnea de transmisin como son: el metrado base, el anlisis de costos de suministros de materiales y el montaje electromecnico.

Tambin se incluyen las conclusiones y recomendaciones pertinentes, emanadas de la experiencia adquirida en la ejecucin de los diversos proyectos ejecutados por el suscrito se incluye tambin la Bibliografa a la cual se ha recurrido para profundizar y aclarar los fundamentos tericos que permiten una ptima formulacin de un proyecto de esta naturaleza y su adecuada programacin y desarrollo de las actividades involucradas en la ejecucin de la obra.

Y por ltimo se detalla en los anexos los resultados de los diferentes clculos justificativos elctricos y mecnicos que son necesarios en la evaluacin de la lnea de transmisin en 50 kV.

El Autor.

CAPTULO I

SISTEMA ELCTRICO DE LA ZONA DE COLQUIJIRCA.

1.1. FORMULACIN DE LA TESIS.

1.1.1. IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA.

La Sociedad Minera El Brocal S.A.A. desarrolla sus actividades mineras en el poblado de Colquijirca, distrito de Tinyahuarco, provincia de Cerro de Pasco y departamento de Pasco. A fin de satisfacer sus requerimientos de energa elctrica esta interconectada a las lneas de transmisin L-6516 y L-6517 (Shelby - Excelsior) en laS.E. Buenavista de propiedad de ELECTROANDES S.A., adems cuenta con dos centrales hidroelctricas, Ro Blanco y Jupayragra.Las lneas de transmisin L-516 y L-517 en 50 kV. Shelby - Excelsior tienen una longitud aproximada de 18,116 km cada una. Ambas lneas

trifsicas se encuentran montadas sobre las mismas estructuras a lo largo de todo su recorrido. Ambas ternas estn compuestas por conductor de Cobre 1/0 AWG apoyados en estructuras metlicas del tipo arriostrado.Debido a la expansin minera de la Sociedad Minera El Brocal S.A.A., parte de estas lneas de transmisin se encuentran muy prximas al rea de desmonte de piedras, dicha condicin pone en riesgo la continuidad del servicio elctrico. La parte de las lneas que atraviesa la zona minera, se encuentra ubicada en el tramo que va de la estructura N261 hasta la estructura N 284, hacindose necesaria la reubicacin de las lneas de transmisin en este tramo.El problema a investigar consistir en evaluar los criterios de diseo de la variante de las Lneas de Transmisin L-516 y L-517 Shelby - Excelsior, tendr como punto inicial la Estructura N 261, en cuya cercana se construir una estructura Tipo "TP" (anclaje), llegando hasta Estructura N 284 por la lateral derecha, en cuya cercana se construir una estructura Tipo "TP" (anclaje).La variante ser igual que la actual lnea de transmisin en doble terna con disposicin vertical, pero se efectuar un cambio en el tipo de conductor, se utilizar conductor ACSR PIGEON N 3/0 AWG; el cable de guarda ser de acero galvanizado de extra alta resistencia 5/16"; las estructuras sern de madera Tipo "SP" (06) y "TP" (05). El aislamiento ser en base a aisladores del tipo disco estndar de

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cinco (5) unidades por cadena de suspensin y seis (6) por cadena de anclaje. La longitud total de la variante es de 3188,04 m.El diseo propuesto es el planteamiento ms adecuado para poder asegurar un servicio elctrico confiable mediante la ejecucin de la variante de la lnea de transmisin en 50 kV.El problema general y especfico lo podemos definir:

PROBLEMA GENERAL:

Cmo mejorar la confiabilidad y seguridad del suministro de energa elctrica al sistema elctrico Shelby Excelsior en 50kV con los estndares de calidad vigente?.

PROBLEMA ESPECFICO:

Cmo analizar los ndices de confiabilidad y seguridad del sistema elctrico Shelby Excelsior en 50kV?.

1.1.2. OBJETIVOS.

Los objetivos que nos planteamos son:

OBJETIVO GENERAL.

Realizar la variante de las lneas de transmisin L-6516/L-6517 en 50kV para el mejoramiento de la confiabilidad y seguridad del sistema elctrico Shelby Excelsior en la zona de Colquijirca.

OBJETIVO ESPECFICO.

Determinar los ndices de confiabilidad y seguridad del sistema elctrico Shelby Excelsior en 50kV.

1.1.3. FORMULACIN DE HIPTESIS.

La formulacin de hiptesis ser del tipo causal; ya que existir una relacin entre las variables para determinar las caractersticas tcnicas de la variante de las lneas de transmisin en 50 kV.

HIPTESIS GENERAL:

Con la variante de las lneas de transmisin L-6516/L-6517 en 50kV permitir mejorar la confiabilidad y seguridad del sistema elctrico Shelby Excelsior en la zona de Colquijirca.

HIPTESIS ESPECFICO:

El estudio propuesto permitir mejorar el sistema de transmisin Shelby Excelsior y con ello la confiabilidad y seguridad del sistema elctrico.

1.2. ASPECTOS GENERALES.

1.2.1. FINALIDAD.

La finalidad del presente estudio y ejecucin de las misma es la reubicacin de las lneas de transmisin L-6516 y L-6517 en 50 kV.

Shelby - Excelsior en el tramo Estructura N 249 y la Estructura N 269-A., fuera del rea del sector de viviendas del Centro poblado de Colquijirca que se encuentran debajo de las lneas de transmisin L- 6516/L-6517 y dar cumplimiento al saneamiento de la servidumbre dispuestoporelProcedimientoN264-2005-OS/CDde OSINERMING.

1.2.2. REA DE INFLUENCIA.

1.2.2.1. BICACIN GEOGRFICA.

El rea el proyecto se encuentra ubicado en la regin Andrs AvelinoCceresDorregaray,departamentodePasco, provincia de Pasco, distrito de Tinyahuarco.

1.2.2.2. ICIONES CLIMTICAS.

En general el clima es tpico de sierra. Durante el ao se definen dos estaciones, de Abril a Octubre la estacin de sequa que se caracteriza por escasez de lluvias, y la estacin de avenida o de lluvias, de Noviembre a Marzo.Cuadro N 1.01: Condiciones climticas.

CARACTERSTICAVALOR

Altura de instalacinDe 4375 m.s.n.m.

Temperatura ambiente mxima30 C

Temperatura ambiente mnima-15 C

Temperatura ambiente promedio10 C

Mximo viento75 km/h

Humedad relativa mxima90%

Humedad relativa mnima30%

Nivel isocerunicoAlto

Grado de contaminacinModerado

1.2.2.3. AS DE ACCESO.

La va de acceso al lugar del proyecto es por la carretera Central desde Lima hasta Colquijirca. Se encuentra con una carretera asfaltada de 288 km.

1.2.3. NORMAS APLICABLES.

Los criterios que sern empleados en la ejecucin de la Ingeniera de Detalle de la Variante de las Lneas de Transmisin L-6516/L-6517, se rigen por las disposiciones del Cdigo Nacional de Electricidad, CdigoAmericanoNESC,NormasVDE210y otrasnormas internacionalesespecficas,lasmismasque establecenlos requerimientos mnimos a que se sujeta el desarrollo de la ingeniera del presente Proyecto.

1.2.4. TRAZO DE LA RUTA.

La ruta de la lnea comprendida entre la estructura N 261 y la estructura N 284 de la Lnea de Transmisin L-6516/L-6517 50 kV, ha sido seleccionada como resultado de los anlisis realizados en el reconocimiento y monumentacin de vrtices en campo en la zona del proyecto, teniendo presente para ello los siguientes aspectos:

Escoger una poligonal que tenga la menor longitud y el menor nmero de vrtices. Aproximacin a trochas y caminos existentes, para que facilite el transporte y montaje en la ejecucin de la obra y posteriormente en el mantenimiento de la lnea. Evitar el paso por zonas de fallas geolgicas y terrenos anegables.

Evitar el paralelismo con lneas de comunicaciones.

Evitar el paso por zonas declaradas de reserva natural o reas protegidas. El trazo seleccionado de la ruta de laLnea de Transmisin

presenta las siguientes caractersticas:

Longitud:3,19 km

Altitud Estructura Existente E-261:4 079,33 m.s.n.m.

Altitud Estructura Existente E-276:4 164,34 m.s.n.m.

Nmero de vrtices:04

El ancho de la franja de servidumbre ser de 8 m a cada lado del

eje de la lnea, establecida por la Norma DGE - 025-P.1/1998.

1.3. CRITERIOS DE INTERCONEXIN.

1.3.1. NIVELES DE TENSIN.

Para nuestro caso la zona en mencin del Sistema Elctrico de Electroandes S.A. es alimentada fundamentalmente desde la barra en 50 kV de la S.E. Carhuamayo.

1.3.2. FLUJO DE POTENCIA.

Las lneas L-6516 y L-6517 trabajan normalmente en paralelo con una demanda mxima de 11 MVA cada lnea, que corresponde a 127 A. La variante tendr una capacidad de 310 A. /lnea, suficiente para transportar una demanda de 27 MVA c/u, que se pudiese presentar en caso de alguna contingencia en las lneas.

1.3.3. NIVELES DE CORTOCIRCUITO.

Los niveles de cortocircuito en las lneas de transmisin deben ser conocidos y proporcionados de tal manera de definir el poder de ruptura de los interruptores de potencia a instalarse, as como disear el sistema de barras colectoras. Tambin este cortocircuito nos permitir dimensionar el sistema de proteccin de la lnea de transmisin que interconectan subestaciones.

1.3.4. ALCANCES DEL PROYECTO.

La variante de las Lneas de Transmisin L-516 y L-517 Shelby - Excelsior, tendr como punto inicial la Estructura N 261, en cuya cercana se construir una estructura Tipo "TP" (anclaje), llegando hasta Estructura N 284 por la lateral derecha, en cuya cercana se construir una estructura Tipo "TP" (anclaje).La variante ser, al igual que la actual lnea de Transmisin, de doble terna con disposicin vertical, pero se efectuar un cambio en el tipo

de conductor, se utilizar conductor ACSR PIGEON N 3/0 AWG; el cable de guarda ser de acero galvanizado de extra alta resistencia 5/16"; las estructuras sern de madera Tipo "SP" (06) y "TP" (05). El aislamiento ser en base a aisladores del tipo disco estndar de 254 x 146 un., de cinco (5) unidades por cadena de suspensin y seis (6) por cadena de anclaje.La longitud total de la variante es de 3188,04 m.

1.4. PARMETROS PARA EL DISEO DE LA LNEA DE TRANSMISIN.1.4.1. CARACTERSTICAS GENERALES.

Cuadro N 1.02: Caractersticas generales.

Nivel de tensin50 kV

Nmero de circuitos2 (doble terna)

Conductores de fase(ACSR) PIGEON N 3/0 AWG

Cable de guarda2 de 5/16 pulgadas dimetro

Longitud3.19 km

Capacidad de transmisin26.80 MVA

Ancho de faja de servidumbre16 m

Punto de salidaEstructura N 261

Punto de llegadaEstructura N 284

1.4.2. CONDUCTOR DE ALEACIN DE ALUMINIO.

De lo expuesto, se ha seleccionado el conductor de 120 mm2 de aleacin de aluminio, por satisfacer los requerimientos tcnicos y criterios de normalizacin de conductores para este nivel de tensin.

Las caractersticas principales del conductor son las siguientes:

Cuadro N 1.03: Caractersticas del conductor de aluminio.

DescripcinValor Especificado

Material(ACSR) PIGEON N 3/0 AWG

NormaIEC

Seccin real99.23 mm2

Dimetro exterior12.75 mm

Nmero y dimetro hilos19x2.10mm

Peso unitario0.3438 kg/m

Mnima carga de rotura (RTS)3006 kg

1.4.3. CABLE DE GUARDA.

El cable de guarda se seleccion d forma que la ocurrencia de un cortocircuito no conlleve a una elevacin de temperatura capaz de alterar las caractersticas de los materiales utilizados en su fabricacin o afecte su comportamiento permanente en su funcionamiento.Dentro este criterio, se seleccion como material el cable de acero galvanizado de extra alta resistencia que tiene las siguientes caractersticas:

Cuadro N 1.04: Caractersticas del cable de guarda.

DescripcinValor Especificado

MaterialAcero galvanizado en

DenominacinGrado EHS

Dimetro nominal5 /16 pulgadas

Dimetro exterior7.94 mm

Nmero y dimetro hilos7 x 2.64 mm

Peso unitario305 kg / km

Mnima carga de rotura (RTS)49.8 kN

1.4.4. AISLAMIENTO.

Distancias Elctricas Mnimas:

Cuadro N 1.05: Cuadro de distancias mnimas.

ArregloDistancias

Fase-fase

- Horizontal4,200 mm

- Vertical1,740 mm

Fase-tierra

- En reposo950 mm

- Viento ocasional650 mm

- Viento excepcional400 mm

Caractersticas de los aisladores

Se usar un solo tipo de aisladores de porcelana, tanto en las estructuras de suspensin como en las de anclaje:

Cuadro N 1.06: Caractersticas de los aisladores.

DESCRIPCINVALOR ESPECIFICADO

MaterialPorcelana

NormaANS 52 - 3

Tipo de acoplamiento"ball & socket"

Dimensiones273 x 146 mm (10" x 53/4")

Lnea de fuga292 mm

Cuadro N 1.07: Caractersticas de las cadenas de aisladores.

DESCRIPCINVALOR ESPECIFICADO

Tipo de cadenaSuspensinAnclaje

Nmero de unidades56

Lnea de fuga /aislador292mm292mm

Tensin de impulso de 50%para onda 1.2/50 seg. (+)525 kV610 kV

Tensin de descarga bajo lluviaa frecuencia industrial.215 kV255 kV

El suministro de las cadenas sern completas, incluyendo: grapa de suspensin, grapa de anclaje, conector gancho-bola, conector casquillo-ojo y grapas paralelas.

1.4.5. ESTRUCTURA.

1.4.5.1. MATERIAL Y TIPO DE ESTRUCTURA.

Se adoptarn estructuras de Madera por las siguientes razones: Son fciles de transportar en zonas de difcil acceso a lo largo de la ruta de la lnea Permiteundiseoflexibleparadeterminaruna configuracin adecuada en las calles y avenidas de la ciudad. Utilizacin de las estructuras por la existenciade topografa plana y tipo de conductor a ser utilizado.

Silueta de las Estructuras

Las estructuras sern para doble terna con disposicin vertical de las crucetas alternadas que permite una menor altura total y la ruta de la lnea no revela contra perfiles mayores.

La geometra de la estructura est determinada manteniendo la separacin requerida entre conductores, entre el conductory soporte y teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: Utilizacin de la estructura (ruta topogrfica, ngulohorizontal de desvo).

Caractersticas de la cadena de aisladores.

Separacin por aislamiento requerido.

Velocidad de viento en el rea del proyecto.

Flecha y tensiones del conductor.

Tipos de Estructuras.

De acuerdo al trazo de la ruta, se utilizarn los siguientes tipos de Estructuras de Madera:Cuadro N 1.08: Cuadro de estructuras.

TipoVanoViento (m)VanoPeso (m)Tipo Poste (kg)Angulo ()Utilizacin

TP-7038045021/4/D0-60Anclaje

TP-6538045019/4/D0-60Anclaje

SP-7040052021/4/D5.0Suspension

SP-6540052019/4/D5.0Suspension

1.4.5.2. LCULO MECNICO DE ESTRUCTURAS.

A. CRITERIOS DE DISEO Y CLCULO: Altura Normal de Extensin:En este proyecto se utilizarn postes de Madera con alturas de 65 y 70 pies.

Vanos caractersticos.

Cada tipo de estructura ser diseada en funcin de sus vanos caractersticos siguientes:

-Vano Bsico : El vano que determina la altura y la distribucin de estructuras-Vano Mximo : El vano ms largo admisible de los adyacentes a la estructura, que determina las dimensiones geomtricas.-Vano Medio : Es la semisuma de los vanos adyacentes (para el clculo de la carga debida al viento).-Vano Gravante : La distancia horizontal entre los puntos ms bajos (reales o ficticios) del perfil del conductor en los dos vanos adyacentes a la estructura y que permitan la reaccin vertical sobre la estructura en el punto de amarre del conductor.En el diseo de las estructuras, se tomar adems en consideracin el ngulo de desvo mximo admitido de los conductores (distancias mnimas del conductor hacia la estructura).

Cargas de diseo de estructura:

Se toma en cuenta lo siguiente cargas:

Cargas Normales:

En condiciones de cargas normales se admitir que la estructura est sujeta a la accin simultnea de las siguientes fuerzas:

a) Cargas Verticales:

Los pesos delosconductores,cablede guarda, aisladoresyaccesoriosparaelvanogravante correspondiente. El peso propio de la estructura.

b) Cargas transversales horizontales:

La presin del viento sobre el rea total neta proyectada de los conductores, y cadena de aisladores para el vano medio correspondiente. La presin del viento del viento sobre la estructura.

La componente horizontal transversal de la mxima tensin del conductor y cable de guarda determinada por el ngulo mximo de desvo.

c) Cargas Excepcionales:

En condiciones de carga excepcional se admitir que la estructura estar sujeta, adems de las cargas normales, a una fuerza horizontal correspondiente a la rotura de un conductor o cable de guarda. Esta fuerza tendr el valor siguiente:

Para estructura de suspensin: 50% de la mxima tensin del conductor 100% del cable de guarda. Para estructura de anclaje: 100% de la mxima tensin del conductor 100% del cable de guarda. Para estructura terminal: 100% de la mxima tensin del conductor 100% del cable de guarda. Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinal y transversal segn el correspondiente ngulo de desvo.

Cargas del viento sobre la Estructura:

La carga del viento sobre la estructura ser calculada de acuerdo a la frmula siguiente:W = q * A

Dnde:

W : Es la carga total del viento, en kg.

q : Es la presin del viento, en kg/m2. El valor de la presin del viento se asumir igual a 231,91 N/m2A : rea lateral neta proyectada del poste y/o del conductor.

d) Cargas de Montaje y Mantenimiento:

Las fuerzas adicionales que afectan a la estructura durante su montaje y mantenimiento. A este respecto, las crucetas de las estructuras de suspensin sern calculadas para una carga vertical mnima igual al doble de la carga indicada en a).

B. CRITERIOS DE CLCULO. Factor de Seguridad:El factor de seguridad, es decir la relacin entre el esfuerzo lmite de la estructura y el esfuerzo mximo en el mismo,calculado para la condicin de carga ms desfavorable, no

ser menor que:

- Para cargas normales:3,0

- Para cargas excepcionales:2,0

Cuandounaestructuraessometidaaunacarga correspondiente a cualquiera de las condiciones en el punto(a) multiplicada por el factor de seguridad correspondiente,

no deber ocurrir ninguna deformacin permanente ni avera en los perfiles, placas o pernos (ver especificaciones tcnicas de estructuras de madera).

1.4.5.3. ISTRIBUCIN DE ESTRUCTURAS.

La distribucin de estructuras fue realizada mediante la utilizacin del programa computacional DLT-CAD Ver 2.5, este verifica en forma automtica el uso de las plantillas de transparencia para las diversas hiptesis, se considera para ello las prestaciones mecnicas de las estructuras y las restricciones impuestas por el perfil y los obstculos que cruza.Se efecto la verificacin de las estructuras utilizando las dimensiones y alturas de las estructuras tpicas cuyos detalles se muestran en los planos de detalle.

1.4.5.4. IMENTACIN DE POSTES.

En funcin de la naturaleza del terreno que atraviesa la lnea se recomienda adoptar las siguientes fundaciones:Las estructuras de madera sern enterradas directamente al terreno con material de relleno proveniente de la misma excavacin, apisonando con capas de 15 a 20 cm. Las longitudes de empotramiento de los postes de madera sern:

Postes de 70 pies = 2.90 metros.

Postes de 65 pies = 2.78 metros

1.4.5.5. ETENIDAS Y ANCLAJES.

Para contrarrestar las solicitaciones mecnicas debido a fuerzas desbalanceadas, se utilizarn retenidas y anclajes en las estructuras. El cablede retenidaserde acero galvanizado de alta resistencia de 1/2" de dimetro y los anclajes sern de concreto. Tambin se prev el empleo de pernos de expansin para anclajes en roca. Con este cable se obtuvo en la condicin ms desfavorable un factor de seguridad de 3,0.

1.4.6. DISEO MECNICO.

Los Parmetros para el Diseo Mecnico de la lnea de transmisin se han considerado los siguientes parmetros:Carga de viento mximo.

Conductor:231,76 N/m2

Aislador:231,76 N/m2

Estructura:231,76 N/m2

Rango de Temperatura del conductor.

Mnimo:0 C

Mximo:40 C

Hielo sobre el conductor:3 mm Factores de seguridad: Conductor

Tensin de cada da:20 % Carga mxima de trabajo:40 % Estructuras con postes de Madera

Hiptesis normal:3.0

Hiptesis excepcional:2.0

Aisladores:3.0

a) Hiptesis para el conductor activo.

Para el clculo mecnico del conductor se ha considerado las siguientes hiptesis de acuerdo a las condiciones ambientales de la zona del proyecto, las que se muestran a continuacin:

HIPTESIS N 1: EDS. Temperatura media:13C Velocidad de viento:0 km/h Espesor de hielo:0 mmEsfuerzo de trabajo:20% del tiro de rotura

HIPTESIS N 2: ESFUERZOS MXIMOS.

Temperatura mnima:- 5C

Velocidad de viento:37,50 km/h Espesor de hielo:3 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura

HIPTESIS N 3: VIENTOS MXIMOS. Temperatura media:0C Velocidad de viento:70,0 km/h Espesor de hielo:0 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura

HIPTESIS N 4: FLECHA MXIMA. Temperatura:40C Velocidad de viento:0 km/h Espesor de hielo:0 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura

HIPTESIS N 5: MNIMA TEMPERATURA.

Temperatura:- 5C Velocidad de viento:0 km/h Espesor de hielo:3 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura.

Para la condicin de flecha mxima se ha considerado una temperatura de 40 C.

Se considera como esfuerzo unitario para tensado del conductor en condiciones EDS iniciales, el 20% del esfuerzo de rotura del conductor.

b) Hiptesis para el cable de guarda.

HIPTESIS N 1: EDS. Temperatura media:13C Velocidad de viento:0 km/h Espesor de hielo:0 mmEsfuerzo de trabajo:15% del tiro de rotura

HIPTESIS N 2: ESFUERZOS MXIMOS.

Temperatura mnima:- 5C Velocidad de viento:37,50 km/h Espesor de hielo:3 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura

HIPTESIS N 3: VIENTOS MXIMOS. Temperatura media:5C Velocidad de viento:70,0 km/h Espesor de hielo:0 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura

HIPTESIS N 4: FLECHA MXIMA. Temperatura:40C Velocidad de viento:0 km/h Espesor de hielo:0 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura

HIPTESIS N 5: MNIMA TEMPERATURA.

Temperatura:- 5C Velocidad de viento:0 km/h Espesor de hielo:3 mmEsfuerzo de trabajo:40% del tiro de rotura

La flecha del cable de guarda no superar el 90% del conductor en las diferentes hiptesis de clculo.

1.4.7. PUESTA A TIERRA.

Para el diseo del sistema de puesta a tierra de las estructuras se consideran los siguientes factores: Reducir la resistencia a tierra de la estructura para proteger a las personas contra tensiones de toque o de paso peligrosas que puedan establecerse por corrientes de dispersin o durante fallas a tierra de la lnea.

Proporcionar un camino fcil y seguro para las corrientes de dispersin que resulten de descargas a travs de los aisladores como consecuencia de la contaminacin ambiental, para evitar daos a la estructura. Para mejorar el comportamiento de la lnea a descargas atmosfricas se especfica que el valor de la resistencia de puestaa tierra ser de 25 ohm.

En base a lo expuesto, el sistema de puesta a tierra estar constituido por jabalinas, y contrapesos simples, cuya utilizacin permite la reduccin de la resistencia de puesta a tierra a valores aceptables en suelos de muy alta resistividad mediante la variacin de sus longitudes, nmero de contrapesos o ubicaciones de ellos en suelos ms favorables.

Los materiales utilizados para la puesta a tierra son:

Cable de puesta a tierra : Conductor cooperweld N 2 AWG.

Varilla de puesta a tierra : Varillas de cooperweld de (16 mm (5/8)

x 2,40 m (8) de longitud.

Cable de contrapeso : Cable Galvanizado dimetro.

1.4.8. DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD.

En base a las normas sealadas, se considera como distancias mnimas de seguridad en la distribucin de estructuras, los siguientes valores:

Distancia mnima al suelo en terreno no transitado : 6,0 m

Distancia mnima sobre carreteras : 8,0 m

Distancia mnima a las otras lneas que se cruzan : 3,0 m

Distancia mnima sobre calles y caminos rurales : 6,5 m

Distancia mnima a viviendas : 3,5 m

Distancia vertical mnima a lneas de comunicaciones : 3,0 m

CAPITULO II

CONFIABILIDAD Y SEGURIDAD DEL SISTEMA DE TRANSMISIN.

2.1. CONFIABILIDAD EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS DE POTENCIA.Los sistemas elctricos de potencia en la prctica estn conformados por centrales elctricas que se interconectan con los puntos de demanda a travs de un sistema de transmisin. Estos sistemas de transmisin son bsicamente las subestaciones elctricas y las lneas de transmisin, el anlisis de confiabilidad de estos sistemas considera varios aspectos, los primarios son:a) La operacin del sistema en estado estable, en donde se analizan bsicamente aspectos relacionados con:

Lmites en la transmisin (trmicos, de potencia natural y prdidas). Sobrecarga en bancos de transformadores, posicin de taps y flujos de potencia reactiva.

b) La operacin del sistema en estado dinmico, que incluye los siguientes conceptos: Anlisisdecontingencias(prdidadegeneracinyenlaces principalmente). Capacidad de la transmisin ante el efecto de las contingencias.

Respuesta de la transformacin ante contingencias.

Estabilidad de voltaje.

c) Anlisis de los ndices de salida para las lneas de transmisin (por cada nivel de tensin).d) Anlisis de la confiabilidad de las subestaciones de forma nodal, considerando: Arreglo de barras.

ndice de fallas en equipos.

Los elementos de un sistema de transmisin (lneas y subestaciones) caen dentro del concepto general de la confiabilidad, que se denomina de elementos reparables es decir, que se comportan dentro del esquema operacin-falla-reparacin-operacin.El estudio de confiabilidad se centra en el anlisis simple basado en componentes reparables, que es aplicable no slo a equipos elctricos, sino tambin a componentes electrnicos y mecnicos.

Para analizar la confiabilidad es necesario conocer las formas en que los equipos y sistemas fallan a lo largo de su tiempo de operacin. De observaciones estadsticas se establece que los tipos de fallas en equipos se pueden agrupar como sigue:

Tipo 1: Fallas que se presentan durante el proceso de maduracin, stas son debidas principalmente a las condiciones de ajuste de las componentes nuevas en la operacin del sistema.Tipo 2: Son las fallas naturales de las componentes durante su operacin o vida til.Tipo 3: Son las fallas debidas a las alteraciones de las condiciones preestablecidas de operacin.Tipo 4: Fallas debidas a errores de diseo (originales), o bien a la fabricacin de partes defectuosas.

Para analizar la confiabilidad de un sistema de transmisin o distribucin, se debe estudiar el ciclo de operacin-falla-operacin, este concepto se basa en lo siguiente:Si una componente es observada en un cierto intervalo de tiempo en el que ocurran N ciclos de fallas y de reparaciones, se pueden definir las siguientes variables:m1 = tiempo a la falla para el primer ciclo.

r1 = tiempo de reparacin para la primera falla.

Si esta misma consideracin se realiza para el n-simo ciclo y si se designa para mi y ri los tiempos a la falla y de reparaciones en el i-simo ciclo respectivamente se pueden definir las siguientes variables:

El tiempo promedio a la falla (MTTF) es:

1 NmmiN i 1

El tiempo promedio de reparacin (MTTR) es:

1 NrriN i 1

El ciclo promedio del proceso operacin-falla-operacin est dado por:

Figura N 2.01: Ciclo promedio del proceso.

Dentrom1m2m3mi

Fuerar1r2r3ri

La inversa demse conoce como la tasa o ndice de falla

11m MTTF

De forma anloga, la inversa del tiempo promedio de reparacinrse

conoce como la tasa de reparacin .

11r MTTR

Los conceptos anteriores permiten la introduccin al concepto de los dos estados, que tambin se conoce en estadstica como el modelo de dos estados y el cual se ilustra a continuacin:Figura N 2.02: Grafico del modelo de dos estados.

T

Figura N 2.03: Modelo de dos estados.

OPERACIN

1 1r m

FALLA

La tasa de falla corresponde a un modelo exponencial, en donde la probabilidad de falla est dada por la expresin:

Q(t)1e t

R(t)e t

En el caso de que t1, es posible hacer la simplificacin:

Q(t)t R(t)1t

Figura N 2.04: Diagrama de dos estados usando el concepto de Probabilidad.1t

OPERACIN

(t ) (t )

FALLA

1t

Donde:

(t) = Q(t) = probabilidad de falla.

1- (t) = R(t) = probabilidad de sobrevivencia.

(t) = probabilidad de reparacin.

1- (t) = probabilidad de que no se repare.

2.2. MTODO APROXIMADO DE LA CONFIABILIDAD EN SISTEMAS DE TRANSMISIN.Las tcnicas de anlisis para evaluar la confiabilidad de los sistemas de transmisin estn basadas en las tcnicas de Markov que constituye un mtodo riguroso de anlisis, pero que permiten simplificaciones para estudios manuales.El concepto bsico de la aplicacin de las tcnicas de Markov se fundamenta en el hecho de que los sistemas tienen una cierta probabilidad de estar disponibles o indisponibles y adems pueden estar formados por las combinaciones serie, paralelo o serie-paralelo de sus elementos.

a) SISTEMAS SERIE.

Consideremos el caso de dos componentes conectadas en serie, el diagrama de estado para estas dos componentes se muestra a continuacin:

Figura N 2.05: Diagrama de estado.

11 2

1 2 Dentro

1

2 222

13 4

1 Dentro2 Dentro

1

1 y2 son las tasas o ndices de falla,1 y2 son las tasas o ndices de reparacin para las componentes 1 y 2 respectivamente. La probabilidad detener dos componentes dentro est dada por la expresin:

P12d en tro1 12 2

Lo que se trata es de determinar para los elementos en serie la tasa de falla equivalente S y la tasa de reparacin equivalenteS.

Figura N 2.06: Elementos en serie.

1, 12, 2

S, S

SPd en troSS

Igualando las dos expresiones anteriores:

S12

SS 1 12 2

La tasa de falla para los dos elementos estando dentro es:

S1 2

Sustituyendo se tiene:

S11r12 r212 r1r2rmSS

rS = ndice de reparacin (en unidades de tiempo).

1r12 r2rSS

En general se tiene:

n

Si i 1

rS

La indisponibilidad es:

ni rii 1

S

U S f S rS S rS

b) SISTEMAS EN PARALELO.

Se puede analizar la confiabilidad de sistemas de dos componentes o ms en paralelo, aplicando los mismos conceptos usados en el anlisis de confiabilidad serie (de los estados de una componente).Figura N 2.07: Componentes en paralelo.

1, 1

P, P

2, 2

La probabilidad de que est fuera el arreglo es:

P12fu era1 12 2

La probabilidad de que una componente est fuera, es la equivalente a la del

arreglo en paralelo, es decir:

PPfu eraPP

Igualando las dos expresiones anteriores:

P 12

PP 1 12 2

La tasa de transicin entre el estado fuera de dos componentes en forma

equivalente debe ser:

P12

O, bien las inversas que son las tasas o ndices de reparacin:

111rP r1r2

Prr1 r2r1r2

Sustituyendo en las respectivas expresiones se tiene:

Pr1r2

rr1212

12

1 12 2

DespejandoP:

1 2r1 r2

P11r1 2 r2

Como los productos1.r1