DISEÑO DE UNA LINEA DE TRANSMISIÓN DE 5 Km DE LONGITUD DE 138 KV
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DISEÑO DE UNA LINEA DE TRANSMISIÓN DE 5 Km DE LONGITUD DE 138 KV
OBJETIVO.- El objetivo principal de esta línea de transmisión es prestar mejor servicio a los usuarios nuevos y mejorar el servicio a todos los usuarios antiguos del sector, la línea parte desde la subestación #12 del Descanso con dirección a la ciudad de Azogues.
UBICACIÓN
La línea de transmisión a diseñar partirá desde la subestación #12 del Descanso 5 Km de línea hacia la ciudad de Azogues, la línea de transmisión atraviesa diferentes accidentes geográficos como son el rio Burgay, quebradas, la vía principal para los cantones orientales es decir específicamente la vía que se dirige hacia el peaje de Chaquilcay, algunas vías secundarias y caminos vecinales.
ANTECEDENTES
Para el diseño de la línea se partió de un estudio de pre factibilidad desde la subestación #12 hacia la ciudad de Azogues escogiendo tres diferentes rutas para la implementación de la misma estos tramos están especificados en el mapa topográfico correspondiente, de las cuales se descartaron L1 y L2. La primera fue descartada debido a que ya existe una línea cercana al lugar y por los árboles de eucalipto que dificultan el tendido de las mismas. La L2 fue descartada por los costos que representa y a las dificultades del terreno que hacen subir los costos de la línea.
CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR DONDE SE CONSTRUIRÁ LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN.
Para el diseño de la línea de transmisión se usará el conductor 266.8 MCM, ACSR 26/7, el tipo de estructura será de un conductor por fase en disposición triangular con cable de guardia de acero de 5/8” de diámetro. Se usarán aisladores de suspensión tipo NEMA 52-6.
Los tipos de estructuras serán de Retención (Amarre), Ángulo y Suspensión. Estas estructuras están especificadas en el perfil longitudinal y sus puntos de elevación y los respectivos dueños de los predios en donde se colocarán las estructuras aparecen en el siguiente cuadro.
Tramo Elevación Propietarios0 2322 Sub Estación
Descanso681 2370 María Zhunio
1171 2370 Ignacio López2074 2444 Rolando Vega2690 2450 Luis Estrella3300 2443 Manuel Portillo
3700 2462Antonio Boconsaca
4000 2468 Victoria Romero4528 2532 David Cárdenas5000 2426 Ruth Rea
CARACTERISTICAS GENERALES TÉCNICAS DEL PROYECTO
Características técnicas generales del conductor y la línea:
Voltaje: 138 KV Conductor: 266.8 MCM, ACSR 26/7 Material conductor: Conductores de aluminio ACSR es decir que tienen alma de acero para soportar los esfuerzos mecánicos.
Cable de guarda: 5/8" de acero de 7 hilos Aislamiento: Aisladores de suspensión tipo NEMA 52-6.
Longitud: 5 Km.
OBTENCIÓN DEL PERFIL LOGITUDINAL
Para obtener el perfil longitudinal partimos de un plano topográfico suministrado por el IGM, y la empresa eléctrica para poder observar las líneas de transmisión que el área ya posee para un perfecto estudio de factibilidad y del proporcionado por el instituto geográfico militar se usó exclusivamente para tomar las curvas de nivel, a continuación se muestra el respectivo mapa
CÁLCULO MECÁNICO
Primero nos imponemos donde deben ir las estructuras para obtener nuestro vano regulador.
Vano regulador:
TRAMO
=363,81 [m]
a2=317,20 [m]
ar=342,889[m]
TRAMO 2
=266,86 [m]
=224,07 [m]
ar=248,246 [m]
TRAMO 3
=336,39 [m]
=566,37 [m]
a3=611,07 [m]
a4=514,85 [m]
a5=409,62 [m]
a6=527,98 [m]
a7=390,11 [m]
a8=417,66 [m]
ar=497,082 [m]
Por lo tanto el vano regulador es:
=497,082 [m]
Cálculo con los datos de la tabla del libro de la Whestinghouse pág 50.
V=138KV
T=11250[Lb]=5102,91[Kg]
P=1936 [ lbmi ]=0,54566 [ kgm
]
E=8000 (módulo de elasticidad del conductor)
(Coeficiente de dilatación lineal del conductor)
Φext>16,3068mmФAl=0,1013 pulg =2,57302 [mm]
Фac=0,0788 pulg =2,00152 [mm]
Stot=S=SAl+SAc=π ( 2,573022
)2
∗26+π ( 2,573022 )
2
∗7=¿157,216 [mm^2]
t 1= TS∗fs
= 5102,91157,216∗2
=16,229[ kg
mm2]
W=PS=0.54566
157,216=0,003471[ kg
m∗mm2]
Hipótesis de Viento
θ1=−5oCθ2=15oC m1=1
Φext>16,3068mm
Φext>16mm∴P1=50kg /m2
Pv=50∗16,3068∗10−3=0.81534¿]
P'=0,981083 [ kgm
]
m'=1,79797=m2W=0.003471¿β=56,2079o
Ahora calculamos a partir de la ecuación de cambio de estado
t 22[t 2+α∗E (θ2−θ1 )−t 1+
E∗ar2∗ω1
2
24∗t12 ]=E∗ar
2∗ω22
24
t 2=14,4089[ kg
mm2]
f 2=7,44 [m ]f 2' =4,1381 [m ]
Hipótesis de hielo: θ1=−5oCθ2=0oCh>1000m Zona CPH=0.36(16,3068)^(0.5)=1,45 [kg/m]P' '=1,9994 kg/mm' '=3,66419
t 2=28,3408[ kg
mm2]
f=13,86 [m ]
Hipótesis de temperatura
m1=m2=1
t 22[t 2+α∗E (θ2−θ1 )−t 1+
E∗ar2∗ω1
2
24∗t12 ]=E∗ar
2∗ω22
24
Reemplazando los valores en la ecuación y resolviendo tenemos:
t2=11,7998[kg/mm^2]
Por lo tanto la flecha máxima es:
f=9,0848[m]
Tensión de cada día:
Para esto usamos:
θmed=T 6am+T 6 pm+Tmin+Tmax4
=8+18+4+274
=14.25
t 22[t 2+α∗E (θ2−θ1 )−t 1+
E∗ar2∗ω1
2
24∗t12 ]=E∗ar
2∗ω22
24
t 2=14,4729[kg /mm2]
T2=t2*S=14,4729*157,216=2275,37[Kg]
TCD=T 2T
∗100=2275,375102,91
∗100=44.5897 %
Necesita anti vibradores.
Cálculo de la longitud de la cadena de aisladores:
El aislador tipo NEMA 52-6 tiene:
Vff=138kV
Vfn=10kV
h=534pulg=0,146 [m ]
# de aisladores=138√310
=7.96=8aisladores
L=0,146*8=1,168[m]
Sobrevoltajes
Vct= 1,1√2∗Kt∗Vff∗dn∗kllH∗√3
=265,103KVfn
Sobrevoltaje de maniobra:
n=1k t=2.5k¿=1.1H=0.98
V ct=
1.1∗√2√3
∗2.5∗138∗0,762222∗1.1
0.98=265,103kV
Sobrevoltaje de frecuencia industrial:
n=1k fi=1.5k¿=0.77 H=0.98
V cfi=
1.1∗1.5∗138
√3∗0,762222∗0.77
0.98=78,7292kV
Sobrevoltaje de descargas admosféricas cuando cae en el cable de guarda o en la estructura.
I=7,5kA
Vca=I (1−C)
1Zd
+ 2Zn
+ 1R
R=25Ω ; Zd=400 Ω :Zn=500 Ω
C= 50500
log( 3500500 )=0,084
Vca=7,5(1−0,084)1
400+ 2
500+ 1
25
=147,74 KV
V cmax=265,103kV
¿aisladores=265,103
10=26,51≈27aisladores
L=27∗0,146=3,942m
Cálculo de la altura de la estructura y distancias de seguridad.
h1=5.3+138150
=6,22[m]
d=0.1+138150
=1,02 [m ]
d2=3,942∗sin 56,2075=3,27604 [m ]
d1=1,02+3,27604=4,29604 [m ]
β esta entre40o y65o por ellok=0.6
D=0.6√3,942+9,048+138150
=3.08549[m]
D=d+L=3,942+1,02=4,962[m]
D<d+L∴D=d+L=4,962 [m ]
h2=4,29604tan 35
=6,135 [m ]
La altura total es:
hT=6,22+9,084+4,962+3,942+6,135=30,343 [m ]
Cálculo de las Ecuaciones de la Parábola, Flecha Máxima, Pie de Apoyo y Flecha Mínima.
Ecuación de la parábola:
y=HP
+ P2∗H
x2
H=t2P=ω
y=t2ω
+ ω2∗t 2
x2
y=3399,76+0,000147 x2
Catenaria
Trasladándole al origen
y=0,000147 x2
Ecuación de la parábola para la flecha máxima:
h1=6,22[m]
y=0,000107 x2−6,22
Ecuación de la parábola para pie de apoyo:
Fmax=9,084 [m ]h1=6,22[m]
y=0,000147 x2−15.304
Ecuación de la parábola de flecha mínima:
Tomamos dos vanos consecutivos, en este caso 566,37 m y 611,07 m
arp=566,37+611,07
2=588,72m
m 1=m2=1∆θ=0
t 2=16,229¿
y= 16,2290,003471
+ 0,0034712 (16,229)
∗x2
y=0,000107 x2+4675,91
Pasando al origen de coordenadas
y=0,000107 x2
Plantilla de Curvas
Con esta plantilla se determina en donde quedan definitivamente las estructuras en el perfil longitudinal.
El perfil longitudinal de la línea es el siguiente:
El mapa topográfico:
REPLANTEO DE APOYOS
Para esto nos ayudamos con la plantilla de curvas y el perfil longitudinal, obteniendo así la ubicación definitiva de las estructuras en el terreno indicado en la plantilla de curvas, es decir la ubicación exacta de donde quedarán las estructuras esto se comprueba con la curva de la flecha mínima.
TABLA DE TENSADO:
Ya cuando se tienen realizado el replanteo de los apoyos se realiza a elaborar la tabla de tensado o cuadro de regulación de la línea de transmisión, se toma los valores definitivos de los vanos y calculamos las tensiones al que debemos tensar el cable en los respectivos vanos se tiene en cuenta también la temperatura.
TEMPERATURA TENSIÓN
FLECHA [m]
VANO[m]681
0 15,856812,68946
47
5 15,496912,98416
48
7 15,356313,10304
59
10 15,149113,28226
12
12 15,013313,40240
35
13 14,946213,46257
27
14 14,879513,52292
11
15 14,813213,58344
61
16 14,747513,64396
03
17 14,682213,70464
26
18 14,617413,76539
63
19 14,553113,82621
6
20 14,489213,88719
21
21 14,425713,94832
17
22 14,362814,00940
65
23 14,300314,07063
52
26 14,115514,25484
78
27 14,054814,31641
18
29 13,934714,43980
16
30 13,875414,50151
37
TEMPERATURA TENSIÓN
FLECHA [m]
VANO[m]490,33
015,7482
6,62385224
515,2816
6,82610132
715,099
6,90865289
1014,8295
7,03420546
1214,6529
7,11898327
1314,5654
7,16174976
1414,4786
7,20468484
1514,3923
7,24788602
1614,3067
7,29125165
1714,2217
7,33482987
1814,1373
7,37861897
1914,0535
7,42261714
2013,9703
7,46682247
2113,8877
7,51123296
2213,8057
7,55584649
2313,7243
7,60066087
2613,4839
7,73617054
2713,405
7,78170458
2913,2491
7,87327063
3013,172
7,91935545
TEMPERATURA
TENSIÓN
FLECHA [m]VANO [m]
902,73 659,29 566,05 405,85 275,71 570,65 447,79
015,83
5322,3282189
11,9094391
8,77905805
4,51304259
2,08277985
8,92232368
5,49398049
515,45
4422,8785359
12,2029675
8,99543288
4,62427421
2,13411351
9,14222954
5,62938899
715,30
5723,1008085
12,3215234
9,08282652
4,66920058
2,15484713
9,23104936
5,68408039
1015,08
6323,4367635
12,5007153
9,21491803
4,73710474
2,18618507
9,36529647
5,76674395
1214,94
2723,6619918
12,6208477
9,3034738
4,78262853
2,2071944
9,45529738
5,82216261
1314,87
1623,775
11812,681
1879,34795301
4,80549391
2,21774683
9,50050245
5,84999793
1414,80
123,8885241
12,7416756
9,39254225
4,82841587
2,22832537
9,54581935
5,87790212
1514,73
124,0020396
12,8022226
9,43717452
4,85135994
2,23891411
9,59117997
5,90583322
1614,66
1424,1159811
12,8629968
9,48197429
4,87439012
2,24954259
9,63671083
5,93386915
1714,59
2424,2300133
12,9238193
9,5268097
4,89743862
2,26017953
9,68227791
5,96192739
1814,52
3824,3444584
12,9848622
9,57180751
4,9205706
2,270855
9,72801004
5,99008725
1914,45
5824,4589746
13,0459429
9,61683324
4,94371694
2,28153708
9,77377054
6,01826459
2014,38
8224,5738901
13,1072366
9,66201595
4,96694397
2,29225642
9,81969059
6,04654017
2114,32
1224,6888561
13,1685572
9,70721852
4,99018122
2,30298046
9,86563083
6,07482817
2214,25
4624,8042067
13,230083
9,75257236
5,01349622
2,31374039
9,91172479
6,10321084
2314,18
8524,9197622
13,291718
9,79800669
5,03685261
2,32451942
9,95790057
6,13164388
2613,99
3225,2675618
13,4772276
9,9347553
5,10715085
2,35696222
10,0968808
6,21722188
2713,92
9125,383
8413,5392481
9,98047382
5,13065333
2,36780867
10,1433454
6,24583277
2913,80
2325,6170381
13,6636315
10,0721632
5,177788
2,38956143
10,236531
6,30321245
3013,73
9625,7339402
13,7259848
10,118127
5,20141658
2,40046608
10,2832449
6,33197686
CARACTERISTICAS DEL CONDUCTOR, CABLE DE GUARDA Y AISLADOR:
En este caso tenemos los siguientes datos del conductor 266,8 MCM ACSR 26/7:
Tensión de rotura del conductor T=5113.64 Kg
Peso del conductor P=0.547 kg/m
Coeficiente de elasticidad E=8000 kg /mm2
Coeficiente de temperatura α=17.7 E-6 1/°C
Coeficiente de seguridad f s=2 .
Sección efectiva del conductor; s=157.216mm²
Cable de guardia:
Cable de guardia de acero
Diámetro: 9 mm
Sección efectiva: 49.5 mm2
Peso: 420 kg/km
Carga de rotura: 5750kg
CONCLUCIONES:
Al realizar este proyecto podemos darnos cuenta la importancia primordial que tienen las líneas de transmisión ya que aquí se ha puesto en práctica toda la teoría, cálculos que nuestros profesores nos han inculcado especialmente el profesor de esta asignatura el Ing. Iván Ortega la misma que nos servirá para nuestro desarrollo en la vida futura como ingenieros eléctricos.
Se debe tener mucho cuidado en el trazado de la línea ya que si no nos fijamos podríamos caer en zonas de inestabilidad del terreno y nuestras obras terminarían siendo un fracaso.
También puedo manifestar que se deben tener en cuenta las distancias mínimas con las vías principales, las de segundo orden para que el proyecto sea factible.
. BIBLIOGRAFÍA:
- Viqueira Jacinto. Redes Eléctricas Tomos I y II. Segunda edición. Prentice
Hall. México. 1966.
- Transmition and Distribution. Whesting House.
- Tablas para el cálculo de líneas de transmisión de la Whestinhouse pág 50.
Anexos:
Tipo de estructura de suspensión que se va a utilizar en el proyecto propuest
FOTO estructura Gualaceo-Guaymincay-Cazhalao-Línea de transmisión hacia el Oriente siguiendo la vía al oriente Gualaceo Limón.
Subestación el Descanso.