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INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELÉCTRICIDAD
DIRECCIÓN FORMACIÓN DE PERSONAL
DEPARTAMENTO DE CAPACITACIÓN EN
INGENIERÍA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE
LÍNEAS DE ALTO VOLTAJE
AGOSTO DE 1995
Manual de Diseño Diciembre 1993
Versión Final Instituto Costarricense de Electricidad
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INDICE
1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 8
SIMBOLOGIA ..................................................................................................................... 9
2 AISLAMIENTO ................................................................................................... 10
2.1 GENERALIDADES ............................................................................................. 10
2.1.1 Antecedentes ............................................. 10
2.1.2 Glosario ................................................. 10
2.2 NIVELES DE AISLAMIENTO, SEPARACIONES DE SEGURIDAD EN AIRE Y
DISTANCIAS DE CONDUCCIÓN SUPERFICAL .............................................. 13
2.2.1 Niveles de Aislamiento ................................... 13
2.2.2 Separaciones en Aire para Torres ......................... 14
2.2.3 Separaciones en el Vano .................................. 16
2.2.4 Separaciones de Fuga para Aisladores de Fase ............. 16
2.2.5 Aisladores entre Fases ................................... 17
2.3 SOBREVOLTAJES Y DISRUPTIVIDAD DEL AISLAMIENTO ......................... 18
2.3.1 Sobrevoltaje ............................................. 18
2.3.2 Soporte de aislamiento para aisladores de línea .......... 19
2.4 APLICACIÓN A DIFERENTES TIPOS DE LÍNEAS ...................................... 19
2.4.1 Torres de celosía de acero y postes de concreto .......... 19
2.4.2 Postes de madera ......................................... 19
2.4.3 Líneas Paralelas ......................................... 19
2.4.4 Torres con dos o más líneas. ............................. 19
2.5 HILOS DE GUARDA ......................................................................................... 20
2.6 TRANSPOSICIÓN ............................................................................................. 20
2.7 DISEÑO DETALLADO ...................................................................................... 20
2.7.1 Diseño de cables de protección ........................... 20
2.7.2 Diseño de puesta a tierra de torres: ..................... 21
2.7.3 Diseño de protección contra arcos: ....................... 21
2.8 LINEAMIENTOS GENERALES PARA EL CÁLCULO DE FRECUENCIA DE
FALLAS POR RAYO. ...................................................................................... 22
2.8.1 Generalidades ............................................ 22
2.8.2 Cálculo de frecuencia de falla por rayo: ................. 22
2.8.3 Experiencia operacional: ................................. 23
2.9 CAMPOS MAGNÉTICOS Y ELÉCTRICOS ......................................................... 24
2.9.1 Campo eléctrico .......................................... 24
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2.9.2 Campo magnético .......................................... 25
3 CARGAS Y DEFINICIONES MECANICAS ................................................... 26
3.1 DEFINICIONES ............................................................................................... 26
3.2 SUPOSICIONES DE CARGA ............................................................................ 28
3.3 PRESION DEL VIENTO .................................................................................. 28
3.3.1 Fórmula de presión del viento ............................ 28
3.3.2 Velocidad del viento de referencia ....................... 29
3.3.3 Coeficiente de respuesta a ráfaga ........................ 30
3.3.4 Coeficiente de arrastre para estructuras tipo H. ......... 30
3.3.5 Coeficiente arrastre para torres de celosías. ............ 30
3.3.6 Coeficiente de arrastre para postes, aisladores y accesorios
......................................................... 30
3.3.7 Coeficiente de arrastre para conductores ................. 31
3.4 TEMPERATURA EN CONDUCTORES ................................................................. 32
3.5 CARGAS PRODUCIDAS DURANTE CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO ...... 32
3.6 CARGAS POR TERREMOTO .............................................................................. 33
3.7 FACTORES DE CARGA .................................................................................... 33
3.8 CALCULO DE CARGA DE DISEÑO ................................................................. 34
3.8.1 Cargas para análisis estructural ......................... 34
3.8.2 Cálculo de ángulos de oscilación del aislador y el puente. 36
3.9 TENSION Y ECUACIONES DE LA CATENARIA ............................................ 37
3.9.1 Cálculo de la tensión horizontal ......................... 37
3.9.2 Ecuaciones de la parábola ................................ 40
3.9.3 Ecuaciones de la catenaria ............................... 41
4 CONDUCTORES Y DISTANCIAS .................................................................... 45
4.1 MATERIALES, DISEÑO Y SECCIÓN TRANSVERSAL MINIMA DE LOS
CONDUCTORES ................................................................................................. 45
4.1.1 Materiales ............................................... 45
4.1.2 Diseño y sección transversal mínima ...................... 45
4.2 TENSIONES PERMISIBLES ............................................................................ 46
4.3 CALCULOS DE LA TENSIÓN DEL CONDUCTOR ............................................ 47
4.4 DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE EL CONDUCTOR Y PARTES
ATERRIZADAS U OTROS CONDUCTORES EN LA MISMA LINEA. ............... 47
4.4.1 Distancias de seguridad entre el conductor y partes
aterrizadas en la misma estructura. ...................... 47
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4.4.2 Distancia de seguridad entre un conductor y otro,
considerando el riesgo de colisión. ...................... 48
4.5 DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE CONDUCTOR Y TIERRA, RUTAS
TRANSITABLES, OTRAS LINEAS Y CASAS. .............................................. 51
4.5.1 Altura del conductor sobre tierra, rutas transitable, líneas
adyacentes, etc. ......................................... 51
4.5.2 Distancia de seguridad horizontal entre el conductor y
caminos paralelos, ferrocarriles, casas y árboles cercanos.
......................................................... 53
4.5.3 Distancias de seguridad de los conductores a torres en otras
líneas o alumbrado público. .............................. 54
4.6 LIMITACIONES PARA EL VANO REGULADOR .............................................. 54
4.6.1 Tramos entre estructuras de suspensión ................... 54
4.6.2 Comentarios sobre el vano regulador ...................... 55
4.7 UNIONES EN EL CONDUCTOR ........................................................................ 55
4.7.1 Requerimientos mecánicos ................................. 55
4.7.2 Requerimientos eléctricos ................................ 56
4.8 PROTECCION CONTRA LA OSCILACIÓN DEL CONDUCTOR ......................... 56
4.8.1 Vibración eólica ......................................... 56
4.8.2 Oscilación del subconductor .............................. 56
4.8.3 Galopeo .................................................. 56
4.8.4 Amortiguadores ........................................... 56
4.8.5 Grapas de suspensión. .................................... 57
4.8.6 Espaciadores ............................................. 57
4.9 PROTECCION CONTRA LA RUPTURA DEL CONDUCTOR DURANTE EL
TENSADO.......................................................................................................... 59
5 AISLADORES ...................................................................................................... 60
5.1 ESTÁNDARES Y RECOMENDACIONES INTERNACIONALES ........................... 60
5.2 CADENAS DE AISLADORES ESTANDARIZADAS ............................................ 61
5.3 NIVEL DE RADIO INTERFERENCIA. ........................................................... 61
5.4 REQUISITOS MECÁNICOS .............................................................................. 64
5.4.1 Carga de ruptura ......................................... 64
5.4.2 Diseño mecánico .......................................... 64
6 HERRAJES .......................................................................................................... 65
6.1 PRINCIPIOS DE DISEÑO GENERALES ......................................................... 65
6.2 DISEÑO TÉRMICO ........................................................................................... 65
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6.3 DISEÑO MECÁNICO ......................................................................................... 65
6.4 GRAPAS DE SUSPENSIÓN Y VARILLAS PREFORMADAS ............................. 65
6.5 PROTECCIÓN CONTRA ARCOS ........................................................................ 66
6.6 CONJUNTOS DE AISLADORES ESTANDARIZADOS ........................................ 66
6.6.1 Aislamiento .............................................. 66
6.6.2 Esquemas estándar ........................................ 66
7 REGLAS DE DISEÑO DE TORRES ............................................................... 70
7.1 RECOMENDACIONES DE DISEÑO GENERAL................................................... 70
7.2 COMBINACIONES DE CARGA .......................................................................... 70
7.2.1 Generalidades ............................................ 70
7.2.2 Soportes angulares tangentes y de marcha con juegos de
suspensión que incluyen juegos V. ........................ 70
7.2.3 Soporte de tensión o soporte angular con juegos de tensión.
......................................................... 71
7.2.4 Soporte Terminal ......................................... 72
7.3 REGLAS DE DISEÑO ...................................................................................... 73
7.3.1 Miembros y Retenidas ..................................... 73
7.3.2 Grosor del Material Mínimo Aceptable ..................... 73
7.3.3 Razones de delgadez máximas .............................. 73
7.3.4 Acero bajo la superficie del terreno ..................... 74
7.3.5 Uniones unidas por perno ................................. 74
7.3.6 Postes ................................................... 75
7.4 MATERIAL Y FABRICACIÓN .......................................................................... 76
7.4.1 Generalidades ............................................ 76
7.4.2 Material en miembros de acero ............................ 76
7.4.3 Fabricación de miembros de acero ......................... 76
7.4.4 Uniones Atornilladas ..................................... 77
7.4.5 El soldado ............................................... 78
7.4.6 Galvanización por inmersión en caliente .................. 78
7.4.7 Equipo de soporte ........................................ 79
7.5 POSTES ............................................................................................................ 80
7.5.1 Pruebas a los soportes ................................... 80
8 FUNDACIONES REGLAS DE DISEÑO .......................................................... 82
8.1 GENERALIDADES ............................................................................................. 82
8.2 TIPOS DE FUNDACIONES .............................................................................. 82
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8.2.1 Generalidades ............................................ 82
8.2.2 Enrejado de acero ........................................ 82
8.2.3 Atenuador y Chimenea ..................................... 82
8.2.4 Fundación sobre pilotes .................................. 83
8.2.5 Ancla de roca ............................................ 83
8.2.6 Ancla de retenida ........................................ 83
8.2.7 Fundación de poste ....................................... 83
8.3 INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS ............................................................... 83
8.4 MATERIAL ....................................................................................................... 84
8.4.1 Concreto y reforzamiento ................................. 84
8.4.2 Acero en enrejado ........................................ 84
8.5 COMBINACIONES DE CARGA .......................................................................... 85
8.6 TENSIÓN MÁXIMA PERMISIBLE ................................................................... 85
8.6.1 Concreto y reforzamiento ................................. 85
8.6.2 Acero en el enrejado y en los tornillos de ancla. ........ 85
8.6.3 Suelo .................................................... 85
8.7 ESTABILIDAD DE LA FUNDACIÓN ............................................................... 85
8.7.1 Cargas de Levantamiento .................................. 85
8.7.2 Fundación de suelo ....................................... 86
8.7.3 Fundación de roca ........................................ 86
8.7.4 Momento de vuelco ........................................ 86
8.8 EXCAVACIÓN ................................................................................................... 86
9 ATERRIZAJE FUNCIONAL Y DE PROTECCIÓN ....................................... 88
9.1 GENERALIDADES ............................................................................................. 88
9.2 DIMENSIONES Y CONFIGURACIÓN GENERAL DE LOS CONDUCTORES A
TIERRA ............................................................................................................ 88
9.2.1 Dimensiones .............................................. 88
9.2.2 Conexión de los conductores de tierra a las torres ....... 89
9.2.3 Profundidad de los conductores a tierra enterrados ....... 89
9.2.4 Cruces ................................................... 90
10 SERVIDUMBRE ................................................................................................... 91
10.1 OBJETIVO ....................................................................................................... 91
10.2 ANCHO DE LA SERVIDUMBRE ........................................................................ 91
10.3 CORREDOR ....................................................................................................... 93
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10.4 CAMPO ELECTRO – MAGNETICO ................................................................... 95
10.4.1 Campo eléctrico .......................................... 95
10.4.2 Campo magnético .......................................... 95
10.5 CALCULO DE LA SERVIDUMBRE PARA LINEAS PARALELAS ..................... 95
10.6 USO DE LA SERVIDUMBRE ............................................................................ 98
10.7 PROTECCIÓN AMBIENTAL .............................................................................. 99
10.7.1 FLORA Y FAUNA ............................................ 99
10.7.2 AGUA ..................................................... 99
10.7.3 DESECHOS ................................................ 100
10.8 LIMPIEZA DE LA SERVIDUMBRE ............................................................... 100
10.8.1 Regulaciones para la limpieza ........................... 100
10.8.2 Fuentes de agua ......................................... 100
10.8.3 Árboles peligrosos ...................................... 100
10.8.4 Restricciones de corta de árboles ....................... 100
10.8.5 Propiedades ............................................. 101
10.8.6 Descubrimientos arqueológicos ........................... 101
10.8.7 Cruce de ríos ........................................... 101
10.8.8 Huertos y jardines ...................................... 101
10.8.9 Plantaciones de azúcar .................................. 101
10.9 CAMINOS DE ACCESO .................................................................................. 101
10.9.1 Regulaciones ............................................ 101
10.9.2 Permiso de construcción ................................. 102
10.9.3 Reparación de daños ..................................... 102
10.9.4 Sitios de las torres .................................... 102
10.9.5 Pendiente de los paredones .............................. 102
10.10 EDIFICACIONES ........................................................................................... 102
10.10.1 Regulaciones ............................................ 102
10.10.2 Distancias de seguridad ................................. 103
10.11 DISTANCIAS A LAS CARRETERAS Y LINEAS FERREAS ......................... 103
11 TOPOGRAFÍA .................................................................................................... 106
11.1 GENERAL........................................................................................................ 106
11.2 RECONOCIMIENTO ......................................................................................... 106
11.3 LINEA VISTA PARA LA TOPOGRAFIA ....................................................... 106
11.4 SEÑALIZACIÓN ............................................................................................. 106
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11.5 SISTEMA DE ELEVACIÓN ............................................................................ 106
11.6 MEDICIÓN LONGITUDINAL .......................................................................... 106
11.7 MEDICIÓN TRANSVERSAL ............................................................................ 107
11.8 CODIGO DEL TERRENO ................................................................................ 107
11.9 CRUCE DE OBSTÁCULOS .............................................................................. 107
11.10 MAPAS ............................................................................................................ 107
11.11 PLANOS DE PLANTA Y PERFIL ................................................................. 108
APENDICE A .................................................................................................................... 109
CALCULO DE FALLA DE BLINDAJE ........................................................................... 109
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1 INTRODUCCIÓN
Este manual ha sido escrito para servir como guía general
del proceso de diseño y selección de materiales para líneas
aéreas de transmisión de energía, con voltajes entre 138 kV y
230 kV.
El manual ha sido desarrollado por el Instituto
Costarricense de Electricidad en cooperación con SwedPower,
Estocolmo, Suecia.
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SIMBOLOGIA
Aa : área del conjunto de aisladores expuesta al viento (m²).
Acp : área de los contrapesos expuesta al viento (m²).
At : componente de la fuerza transversal producida por la
tensión (kg).
a : vano (m)
ar : vano regular (m)
C : parámetro de la catenaria (m)
Ca : coeficiente de arrastre (adimensional)
C1 : carga longitudinal (kg)
Ct : carga transversal (kg)
Dc : diámetro del conductor (m)
f : flecha (m)
fN : flecha nivel (m)
fc : factor de carga (adimensional)
Ft : fuerza transversal (kg)
Fv : fuerza vertical sobre la estructura (kg)
G : factor de respuesta de ráfaga (adimensional)
H : componente horizontal de la tensión (kg)
k : factor que afecta la magnitud de la carga dependiendo si
la estructura es de remate o suspensión.
ld : longitud total del conductor a la derecha del apoyo (m)
li : longitud total del conductor a la izquierda del apoyo (m)
lj : longitud total del conductor del puente (jumper) (m)
lpd : longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de
la catenaria. A la derecha de la estructura (m).
lpi : longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de
la catenaria. A la izquierda de la estructura (m).
n : número de subconductores (adimensional)
Pa : peso del conjunto de aisladores (kg)
Pc : peso unitario del conductor (kg/m)
Pv : presión de viento que actúa sobre el conductor (kg/m²).
TMD : temperatura media diaria (°C)
TP : tramo de peso (m)
TV : tramo de viento (m)
V : componente de la fuerza transversal producida por el
viento (kg).
v : velocidad del viento (km/h)
v10 : velocidad corregida a la altura real del objeto (km/h)
Z : altura sobre el terreno a la que actúa v10
Ó : ángulo de desvío de la línea (grados)
β : coeficiente exponencial para corrección de velocidad de
viento por elevación (adimensional).
Û : ángulo de incidencia del viento con respecto a la
dirección de la línea (grados).
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2 AISLAMIENTO
2.1 GENERALIDADES
2.1.1 Antecedentes
El nivel de aislamiento debe elegirse de tal forma que se obtenga
un balance económico apropiado entre la seguridad operacional de
las líneas y sus costos.
La seguridad operacional para la línea es sumamente dependiente de
su capacidad para soportar sobrevoltaje pero por razones de
economía el nivel de aislamiento no puede elegirse para que
soporte todo sobrevoltaje.
El nivel de aislamiento normalizado debe proveer una seguridad
apropiada aún cuando su valor se vea disminuido por contaminación
de los aisladores, por flameo de los aisladores de una cadena o
por cualquier otra causa.
La separación en aire entre conductores de fase y partes de torres
debe elegirse de forma tal que provea una buena seguridad
operacional bajo combinaciones normales de sobrevoltaje, fuerza
del viento y temperatura. Suponer que los sobrevoltaje máximos
ocurren al mismo tiempo que los conductores de fase asumen la
posición más desfavorable, (fuerza de viento máxima), a las
condiciones más desfavorables, resulta en un diseño antieconómico.
2.1.2 Glosario
Voltaje Nominal de un Sistema Trifásico (Nominal Voltage):
el voltaje r.m.s. fase-a-fase por medio del cual el sistema es
diseñado y con el cual se relacionan ciertas características
operativas del sistema.
Voltaje Máximo de Operación de un Sistema Trifásico (Highest
Voltage):
el voltaje r.m.s. fase-a-fase más alto que pueda llegar a ocurrir
bajo condiciones operativas normales en cualquier momento y
cualquier punto del sistema. Excluye voltajes transitorios (tales
como los debidos a maniobras) y variaciones de voltaje temporales
debidas a condiciones anormales (tales como aquellas debidas a
condiciones de falla o a la desconexión repentina de grandes
cargas).
Nivel de Aislamiento (Insulation Level):
capacidad de soporte de sobrevoltaje producidos por maniobra e
impulso y voltajes a frecuencia industrial que no causan
disrupción en la línea.
Nivel Ceráunico (Keraunic Level):
número promedio de días de tormenta por año.
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Voltaje Nominal de Soporte (Rated Withstand Voltage):
el valor de voltaje especificado que caracteriza el aislamiento de
la línea en una prueba no disruptiva.
Voltaje nominal no disruptivo de corta duración a frecuencia
industrial (Rated Short Duration Power Frequency Withstand
Voltage):
valor r.m.s. de voltaje sinosoidal a frecuencia industrial que la
línea debe soportar bajo pruebas hechas en condiciones
especificadas y durante un tiempo especificado generalmente menor
a 1 minuto.
Voltaje Nominal no disruptivo de corta duración a frecuencia
industrial (Rated Short Duration Power Frequency Withstand
Voltage):
valor pico de un voltaje de prueba al impulso ante el cual el
aislamiento presenta, bajo condiciones especificadas, una
probabilidad de no fallar igual a una probabilidad específica de
referencia. Esta probabilidad de referencia se escoge a 90% de
acuerdo con la Publicación 71 del IEC.
Descarga Disruptiva (Disruptive Discharge):
fallo de aislamiento bajo tensión eléctrica, en que la descarga
salta completamente el aislamiento.
Arqueo (Flashover):
descarga disruptiva sobre la superficie de un dieléctrico en gas o
líquido.
Distancia de Arqueo (Flashover Distance):
distancia a la que se produce corto-circuito durante un flameo.
Distancia de Fuga (Leakage/Cree page Distance):
distancia más corta, o suma de distancias más cortas, a lo largo
del contorno exterior de las partes aislantes del aislador, medida
desde las partes de metal entre las que el voltaje operación total
para el aislador es aplicado normalmente. La distancia a través de
la sección donde se aplica el cemento en el en el aislador no se
considera como constitutiva de la distancia de conducción
superficial para el aislador. Sin embargo, la distancia a través
de la capa superficial semiconductora de los aisladores es
considerada como distancia de conducción superficial efectiva.
Conductor de una Línea:
porción de una línea eléctrica que tiene la función de transportar
la corriente.
Haz de Conductores (Bundle Conductors):
un número de conductores separados por espaciadores y conectados
en paralelo.
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Conductor Duplex/Pareado (Double Conductor):
haz de dos conductores.
Subconductor:
uno de los conductores del haz.
Hilo Guarda (Shield Wire / Overhead Ground Wire - OHGW):
cable aterrizado colocado paralelo y encima de los conductores de
fase que reduce el número de rayos que golpean directamente a los
conductores de fase y que también reduce interferencia en líneas
de telecomunicación paralelas.
Electrodo de Tierra (Earth Electrode):
un conductor (o varilla) o grupo de conductores (o varillas) en
contacto íntimo con la tierra, con el propósito de ofrecer una
conexión a tierra.
Conductor de Tierra:
un conductor que pertenece a un electrodo de tierra o a una
conexión eléctrica entre una pata de torre y un electrodo de
tierra.
Contrapeso Eléctrico Continuo (Continuo Counterpoise):
electrodo de tierra que consiste de un conductor que conecta
continuamente torre tras torre.
Aterrizamiento Eficaz (Functional Earthling):
puesta a tierra para desviar corriente a frecuencia industrial de
modo tal que no surjan altos voltajes de toque y paso.
Cuernos de Arqueo (Arcing Horns):
dispositivo cuya función es la de evitar daño por arcos en
aisladores y conductores.
Factor de Fallas a Tierra (Earth - Fault Factor):
razón entre el voltaje r.m.s. de fase a tierra más alto a
frecuencia industrial en una fase durante una falla a tierra y el
voltaje r.m.s. de fase a tierra de frecuencia industrial que sería
obtenido sin la falla.
Transposición:
cambio de posición de los conductores de una línea llevado a cabo
para establecer simetría eléctrica adecuada de los conductores
entre unos y otros y con respecto a tierra.
Densidad de Rayo (Lighting Density):
cantidad de rayos que caen por km² en un año. Una densidad de rayo
de 1 km² se considera como valor básico.
Índice de fallas por Rayo:
cantidad de fallas por rayo por cada 100 km de línea por año.
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2.2 NIVELES DE AISLAMIENTO, SEPARACIONES DE SEGURIDAD EN
AIRE Y DISTANCIAS DE CONDUCCIÓN SUPERFICAL
2.2.1 Niveles de Aislamiento
La Publicación 71 de IEC, “Coordinación de aislamiento” puede
utilizarse como lineamiento general para determinar niveles de
aislamiento.
Las demandas en la confiabilidad debidas a la operación y
sobrevoltajes para líneas de transmisión y subestación influyen el
diseño del nivel de aislamiento. La coordinación de aislamiento
entre líneas de transmisión y subestaciones debe ejecutarse de
modo tal que las líneas siempre tengan un nivel de aislamiento más
bajo que el de las subestaciones con la intención de que un
sobrevoltaje que se produzca en la línea provoque un
contorneamiento antes de que alcance la subestación. Así se
obtiene un margen de seguridad adicional para la protección del
equipo de subestación. Debido a las altas demandas en la
confiabilidad de la línea de transmisión, el nivel de soporte
puede en algunos casos ser mayor que en la subestación. En esos
casos, cerca a las subestaciones, las distancias de seguridad en
aire deben disminuirse hasta un nivel igual o menor que el
empleado en la subestación. Este es un modo práctico y económico
de disminuir fallas dentro de las subestaciones.
El nivel de aislamiento se basa en valores nominales de voltaje no
disruptivo a frecuencia industrial y nivel no disruptivo al
impulso (Lighting Impulse Withstand Level - LIWL).
Para sistemas con voltajes superiores a 300 kV, el nivel de
frecuencia industrial es sustituido con el nivel nominal no
disruptivo de impulso por maniobra (Switching Impulse Withstand
Level - SIWL).
Cuando se selecciona el nivel de aislamiento, se deben considerar
los sobrevoltajes generados por el sistema mismo, aquellos
generados desde el exterior por tormentas eléctricas y las
exigencias impuestas por la contaminación de aisladores.
En la tabla 2.1 se muestran los niveles de aislamiento mínimos de
acuerdo con EIC y valores de voltajes no disruptivos a tierra.
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TABLA 2.1. Niveles de Aislamiento Mínimos de Acuerdo con EIC
y Valores V no Disruptivos a Tierra.
Voltaje
Nominal
Sistema
(kV)
Voltaje
Máximo
Sistema
(kV)
Altura Sobre el
Nivel del Mar
(m)
Voltaje no
disruptivo a
frecuen.
industrial
(kV)
Voltaje no
disruptivo al
impulso
(kV)
138 145
0 - 1000 275 650
1000 - 2000 300 715
2000 - 3500 360 845
230 245
0 - 1000 460 1 050
1000 - 2000 505 1 150
2000 - 3500 600 1 360
Las condiciones para las pruebas de voltaje deben estar de acuerdo
con la Publicación 60 del IEC, “Técnicas paras pruebas de alto
voltaje”.
En la tabla 2.2 se muestran los niveles de aislamiento
normalizados por el ICE y valores de voltajes no disruptivos a
tierra.
TABLA 2.2. Voltajes fase a tierra normalizados - ICE.
Voltaje
Nominal
Sistema
(kV)
Voltaje
Máximo
Sistema
(kV)
Altura
sobre el
nivel del
mar
(m)
Voltaje no
disruptivo
a frecuen.
industrial
(kV)
Número de
aisladores
de
suspensión
estándar
Voltaje no
disruptivo
al Impulso
–Neg/Pos-
kV
138 145
0 - 1000 275 10 930
1000 - 2000 300 12 1 105
2000 - 3500 360 14 1 265
230 245
0 - 1000 460 16 1 425
1000 - 2000 505 18 1 585
2000 - 3500 600 20 1 745
2.2.2 Separaciones en Aire para Torres
Los valores normalizados para las separaciones de seguridad
mínimas en aire entre conductor de fase y partes de torres están
dados en la tabla 2.4.
Los requisitos en cuanto a separaciones de seguridad en aire deben
cumplirse para las siguientes combinaciones de cargas de viento y
temperatura.
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En la sección 3.5 del capítulo 3 se dan detalles adicionales
concernientes a la carga del viento. Las temperaturas se muestran
en la tabla 2.3.
Combinación de Carga A:
TMS: tensión media anual, calculada para temperatura media anual y
viento calmo (Every Day Stress - EDS).
Combinación de Carga B:
Oscilación máxima de la cadena de aisladores debida al efecto del
viento con la presión calculada mediante la ecuación 3.7:
donde:
PV : presión del viento en kg/m
kph : velocidad del viento en k/h
d : diámetro del conductor en m
y la tensión calculada a la temperatura media diaria.
TABLA 2.3. Temperaturas.
Región
Temperatura
anual media
(ºC)
Temperatura
diaria mínima
(ºC)
Temperatura
diaria máxima
(ºC)
Valle Central 20 15 30
Costa Pacífica 27 20 35
Costa Atlántica 25 20 30
Áreas Montañosas 10 5 20
TABLA 2.4. POSTES.
Voltaje
nominal
sistema
(kV)
Altura sobre el
nivel mar (m)
Distancia Mínima Fase a Tierra
Combinación cargas
A
(mm)
Combinación
cargas B
(mm)
138
0 - 1000 1700 1000
1000 - 2000 2000 1000
2000 - 3500 2300 1000
230
0 - 1000 2600 1600
1000 - 2000 2900 1600
2000 - 3500 3200 1600
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2.2.3 Separaciones en el Vano
Las separaciones de los conductores en los vanos de la línea deben
calcularse considerando el riesgo de que los conductores choquen
entre sí. Los valores a utilizarse están dados en el capítulo 4.
2.2.4 Separaciones de Fuga para Aisladores de Fase
El aire contiene cantidades variables de impurezas que pueden
contaminar las superficies del aislador. Estas impurezas
combinadas con humedad, (condensación, niebla o llovizna),
producen saltos de corriente a través de la superficie de los
aisladores. Para reducir el riesgo de que se produzca este tipo de
falla se le da al aislamiento una ruta de conducción superficial
superficialmente larga. Este no es el único factor que hay que
considerar para prevenir el flameo por contaminación. La forma,
diámetro, tipo, etc del aislador también son factores importantes.
En la tabla 2.5 se muestra la distancia de fuga mínima para
diferentes grados de contaminación en aisladores colocados
verticalmente. Donde no hay riesgo de contaminación los aisladores
estándar proveen suficiente seguridad.
Los valores de distancia de fugas especificadas en la tabla 2.5 se
aplican principalmente a aisladores con diámetros relativamente
pequeños o normales y con rutas de conducción superficial de forma
relativamente simples. Para aisladores de mayor diámetro o con
trayectorias de conducción superficial más complicada, es
conveniente escoger aisladores de suspensión estándar que
conforman cadenas en “V”, los valores en la tabla 2.5 pueden
reducirse en 10-20% debido a un mejor efecto de auto-lavado. Esto
también es válido para aisladores estándar instalados
horizontalmente, donde el efecto limpiador de la lluvia es de gran
importancia. Debe tomarse en cuenta que los aisladores anti-niebla
no muestran un desempeño significativamente mejor con la
inclinación, por lo que la distancia de fuga de este tipo de
aisladores debe elegirse siempre de acuerdo con la tabla 2.5.
Cuando por razones del nivel de contaminación (fuerte o muy
fuerte), se requiere hacer un lavado manual o automático o engrase
de aisladores se puede utilizar una distancia de fuga menor a la
especificada en la tabla 2.5.
Cuando se requieren distancias de fuga sumamente largas, el nivel
de aislamiento al impulso puede llegar a ser mayor que el de la
subestación. En estos casos es necesario disminuir el valor del
aislamiento en la vecindad de la subestación, 600 - 1000 m, por
medio de cuernos de arqueo, anillos o electrodos.
Para una misma condición de contaminación, la distancia de fuga se
incrementa con la con la altitud. Sin embargo, las cifras dadas en
la tabla 2.5 son tan aproximadas que se hace innecesario hacer
este ajuste.
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El aislamiento requerido para una determinada línea está dado por
el requerimiento de la línea para soportar sobrevoltajes de
impulso, producidos por rayos (tabla 2.2), coordinado con los
valores de separación especificados en la tabla 2.4, o por las
demandas debidas a la contaminación, tabla 2.5 debe escogerse el
valor que sea mayor.
TABLA 2.5. Distancias de Fuga en mm/kV de voltajes fase-fase
más altos del sistema para diferentes niveles de
contaminación.
Clase Tipo de Contaminación
Distanc
ia de
fuga
mm/kV
DESD
mg-cm²
Número de
aisladores
estándar
138 kV 230 kV
A
Atmósfera limpia(sin
contaminación industrial
ZONAS MONTAÑOSAS, REGIONES
ATLÁNTICO Y SUR).
14 < 0,03 7 12
B
Contaminación ligera (suburbios
de regiones industriales,
ferrocarriles no eléctricos, con
lluvias limpiadoras frecuentes).
16 0,04 8 13
C
Contaminación moderada
conteniendo sales solubles hasta
5% (hornos, polvo de plantas
metalúrgicas, polvo de minas y
caminos, polvo de fertilizantes
en cantidades pequeñas, zonas
volcánicas, zonas de estación
seca prolongada). REGION OESTE
VALLE CENTRAL, ZONAS INDUSTRIALES
DE SAN JOSE, ZONA DE GUANACASTE.
18 0,06 9 15
D
Contaminación severa conteniendo
hasta un 15% o más de sales
solubles (polvo de aluminio y
trabajos químicos, plantas de
cemento, fuerte fertilización
agrícola, ceniza con alto
contenido de azufre y sal.
FABRICAS DE CEMENTO Y
FERTILIZANTES.
23 0,12 12 19
E
Precipitación de sal - regiones
costeras, marismas. ZONAS
COSTERAS.
29 0,30 14 24
2.2.5 Aisladores entre Fases
Para aisladores entre fases los voltajes de soporte al impulso
dados en la tabla 2.2 deben aumentarse al menos en un 115%, el
voltaje de disrupción a frecuencia industrial en al menos 175% y
la distancia de fuga, elegida de acuerdo con la sección 2.2.4, en
al menos 175%.
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2.3 SOBREVOLTAJES Y DISRUPTIVIDAD DEL AISLAMIENTO
2.3.1 Sobrevoltaje
El sobrevoltaje en una instalación eléctrica es generado en parte
por el sistema eléctrico mismo y en parte por perturbaciones de
origen atmosférico.
Los sobrevoltaje más importantes generados dentro del sistema son
aquellos productos de operaciones de accionado de interruptores.
Estos sobrevoltaje pueden ser especialmente grandes cuando el
voltaje antes de la desconexión es más alto de lo normal.
Los sobrevoltaje generados por el sistema mismo, la amplitud (a
tierra) no excede, por regla general, 2,5 veces la amplitud del
voltaje de fase del sistema.
Los sobrevoltaje producidos por perturbaciones atmosféricas son
producidos por rayos que caen en las cercanías de la línea o que
golpea directamente los conductores o las estructuras de soporte.
Los sobrevoltaje inducidos por rayos que caen en sitios cercanos a
una línea por lo general no exceden los 300 kV. En la vecindad de
una estación terminal, sin embargo, este sobrevoltaje puede ser
duplicado por reflección. La velocidad de crecimiento de los
sobrevoltaje inducidos no excede, por regla general, 50 kV/μs.
Los sobrevoltajes debidos a la caída directa de rayos son más
peligrosos que los sobrevoltaje inducidos, pero también son más
raros. Con un blindaje adecuado, la mayoría de los rayos caen en
los hilos guarda y las corrientes producidas por estos son
desviadas directamente a tierra. Sin embargo, si la corriente es
alta y/o la resistencia de la base de la torre es alta, puede
producirse un retrodescarga (backflashover) hacia los conductores.
Estas retrodescargas producen ondas de sobrevoltaje con frentes
muy cortos, 0.1 μs. El blindaje de una línea nunca es perfecto y
siempre existe la posibilidad de que los rayos golpeen
directamente al conductor. En esos casos la amplitud de voltaje
puede alcanzar miles de kV con un tiempo de frente menor a 1 μs.
El sobrevoltaje producirá retrodescargas en las primeras torres
cortándose de esta manera la onda.
El voltaje de impulso estándar (1,2/50 μs., ver IEC Publicación
60) para pruebas de voltaje de impulso, es relativamente
representativo de la onda promedio de sobrevoltaje sin
truncamiento de una descarga directa.
En la definición del aislamiento de una línea se pide que, como
mínimo, el aislamiento soporte los sobrevoltaje generados por el
sistema mismo. Las demandas de confiabilidad de la línea implican
que ésta también debe soportar, hasta cierto grado, los
sobrevoltaje atmosféricos.
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2.3.2 Soporte de aislamiento para aisladores de línea
Los aisladores deben diseñarse de acuerdo con los criterios
concernientes a la disruptividad de aislamiento expuestos en el
capítulo 5.
2.4 APLICACIÓN A DIFERENTES TIPOS DE LÍNEAS
2.4.1 Torres de celosía de acero y postes de concreto
Para torres de acero y postes de concreto el aislamiento de línea
consiste exclusivamente del aislamiento del aislador de fase. El
aislamiento a tierra, por lo tanto, determina el nivel de
aislamiento para el diseño.
Las distancias entre electrodos de cadenas de aisladores
protegidas con cuernos de arqueo, deben cumplir con las
establecidas en la tabla 2.4.
2.4.2 Postes de madera
Para postes de madera el aislamiento de línea consiste del
asilamiento del aislador de fase y el aislamiento de la madera. La
contribución del aislamiento de madera depende del diseño del
poste y el sistema de puesta a tierra. Normalmente los valores de
la tabla 2.4 serán utilizados.
2.4.3 Líneas Paralelas
Si los costos por perturbaciones en caso de fallas simultáneas en
las líneas son muy altos, cada línea deberá ser erigida en torres
separadas y ser provista con cables de protección. La puesta a
tierra de las torres será separada para diferentes líneas, con lo
normalmente se dé una impedancia mutua suficientemente baja.
Si tramos largos de la línea pasan por montañas o tierra de alta
resistividad, la distancia entre las puestas a tierra de las
torres para las líneas deberá ser mayor a aproximadamente 50 m.
Esto puede lograrse alternando las torres a lo largo de la ruta
para las diferentes líneas si es aceptable desde el punto de vista
ambiental.
No es apropiado el interconectar el sistema de puesta a tierra
para diferentes líneas sin un estudio detallado de cada caso
individual. La interconexión reduce, indudablemente, la frecuencia
total de falla por rayo, pero aumenta el riesgo de falla
simultánea de línea. Los factores importantes en esta conexión son
altura y tipo de torre, resistividad de la tierra, diseño del
sistema de alambre de protección, etc.
2.4.4 Torres con dos o más líneas.
Cuando dos o más líneas están suspendidas de torres comunes,
existe un gran riesgo de que ocurran contorneamientos
simultáneamente en más de una línea en caso de que un rayo incida
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en una de ellas. Si las líneas pertenecen a la misma red, es
necesario desbalancear los aislamientos de modo que los circuitos
menos importantes operen como fusibles. Además es importante
reducir a un máximo la probabilidad de falla mediante la
utilización adecuada de cables guarda (ver sección 2.5 y 2.7) y
por medio de la puesta a tierra de las torres tan efectiva
(resistencia baja) como sea posible (ver sección 2.7).
2.5 HILOS DE GUARDA
La función de cables guarda continuos es aumentar la seguridad
operacional de la línea aérea contra sobrevoltajes atmosféricos, y
reducir la interferencia producida por la línea en líneas de
telecomunicación vecinas. La protección reduce el riesgo de caída
directa de rayos a conductores de fase y posibilita conectar
electrodos de tierra en paralelo, mejorando así la puesta a tierra
para la línea.
En la sección 2.7 se revisa el método para diseñar los de hilos de
guarda.
2.6 TRANSPOSICIÓN
La transposición es recomendada para longitudes de línea mayores a
100 km.
2.7 DISEÑO DETALLADO
2.7.1 Diseño de cables de protección
Una función de los cables de protección es proteger los
conductores de fase de los rayos. La ubicación de los cables de
protección con respecto a los conductores de fase es determinada
por el ángulo de blindaje. Este se define como el ángulo agudo
entre la vertical y la línea interconectora entre el cable guarda
y el conductor de fase. Si en la sección transversal de la línea,
los conductores están localizados en un plano horizontal, el
ángulo de blindaje para los conductores exteriores determina la
seguridad de la línea contra el impacto directo de rayos.
El ángulo de protección y el número de hilos de guarda, uno o dos,
es determinado mediante el cálculo mostrado en el Apéndice A.
Dependiendo del nivel ceráunico y el diseño específico de la línea
estudiada, el ángulo de protección es de -10° y +30° dependiendo
de cuando fue construida la línea y si ésta consta de 1 o 2 hilos
de guarda. En los nuevos diseños, a partir de 1994, se utiliza -
10° en las líneas de doble circuito y 0° en las líneas de un
circuito. Dependiendo del nivel de corto circuito, el cable guarda
para líneas con un solo hilo de guarda será mínimo ___.0 mm
alumoweld número 7#6 Awg. Para líneas con 2 hilos de guarda, el
cable será mínimo cable de acero de alto grado de alta
resistencia, clase B de 9.52 mm de diámetro.
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El diseño térmico de los cables guarda está dado en Apéndice B.
2.7.2 Diseño de puesta a tierra de torres:
La puesta a tierra de torres puede ser lograda por medio de
electrodos de tierra o por medio de contrapesos eléctricos
continuos.
Donde la tierra cercana a la torre tiene una buena conductividad,
se puede utilizar un sistema de aterrizamiento compuesto por
varillas de puesta a tierra y sus conductores de tierra. Cuando el
suelo tiene una baja conductividad se pueden hacer pequeñas mallas
de tierra formadas por la unión de los sistemas de aterrizamientos
individuales mencionados anteriormente y uniéndolos mediante un
cable. Cuando la conductividad es pobre, se puede buscar un
terreno con mejores condiciones en los alrededores de la
estructura y de ser posible, hacer una pequeña malla de tierra en
ese sitio para conectarla con la torre. Otra solución es utilizar
un solo cable continuo que interconecte la estructura con otras
que se localicen en sitios donde el terreno tenga valores de
resistividad más bajos. Este sistema frecuentemente provee de
condiciones de puesta a tierra mejores que los sistemas de tierra
que se puedan obtener separadamente en cada torre.
El sistema que se vaya a utilizar dependerá del criterio
seleccionado por el diseñador con base en los estudios básicos
preliminares y los valores de resistencia que se vayan obteniendo
para cada torre durante la construcción.
Para diseño detallado ver el Capítulo 8.
2.7.3 Diseño de protección contra arcos:
La protección contra arcos para aisladores y conductores incluye
anillos de arqueo y varillas preformadas en el conductor. Las
reglas para el diseño y aplicación de la protección contra arcos
están dadas en el Capítulo 5.
Los anillos de arqueo generalmente reducen los niveles de
aislamiento de la cadena de aisladores si a la hora de utilizarlos
no se agregan aisladores extra para cumplir los requisitos en la
tabla 2.4. En lo que respecta al costo de la línea, protección
contra los arcos debería ser diseñada de tal manera que el
aislamiento no se reduzca más de lo necesario.
Cuando se instalan anillos de arqueo en el extremo del conductor
de la cadena de aisladores, la distribución de voltaje sobre las
cadenas será mejorada. Es sumamente importante tomar en cuenta los
mayores voltajes que se pueden producir en el sistema a la hora de
diseñar la protección contra arqueo.
En líneas con altas corrientes de cortocircuito o de falla, los
anillos de arqueo deben diseñarse de tal manera que el arco, bajo
la acción de las fuerzas electromagnéticas, sea conducido hacia
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fuera con respecto a la cadena de aisladores y los conductores de
fase.
2.8 LINEAMIENTOS GENERALES PARA EL CÁLCULO DE FRECUENCIA
DE FALLAS POR RAYO.
2.8.1 Generalidades
La mayoría de las fallas que producen contorneamientos a través
del aislamiento son provocadas por rayos. Algunas otras pueden ser
provocadas por árboles que crecen demasiado alto o caen en la
línea. Los sobrevoltajes por varían grandemente en magnitud,
siendo los más bajos mucho más comunes. El número de
contorneamientos producidos por rayos es, de este modo,
dependiendo del nivel de aislamiento de la línea y, en particular,
de su capacidad para soportar voltajes de impulso. La resistencia
de puesta a tierra de las torres tiene también un efecto en la
frecuencia de fallas por rayo.
Se puede decir que cualquier zona por la que atraviesa una línea
de transmisión tiene un cierto nivel ceráunico. El nivel ceráunico
representa el número promedio de días de tormenta por año dentro
de un área definida. Dado que el nivel ceráunico varía de un área
a otra, el nivel requerido para un determinado diseño puede ser
obtenido de mapas isoceráunicos.
El nivel ceráunico es la estadística básica que tiene que ser
conocida para una región geográfica dada para poder calcular la
incidencia de rayos a tierra y sobre cualquier línea de
transmisión en esa región.
La densidad de rayos es la cantidad de descargas a tierra por Km²
por año que es calculada a partir del nivel ceráunico de la
región. (Una densidad de rayo de una descarga por Km² por año es
considerada normal).
La frecuencia de falla por rayo es la cantidad de descargas a la
línea que causa contorneamientos y está expresada como el número
de fallas por rayo por cada 100 km de línea por año.
Para convertir la frecuencia de falla por rayo de un área a otra,
se puede suponer que la frecuencia de falla por rayo es
directamente proporcional a la densidad de rayos.
Cuando se calcule la cantidad de fallas permanentes por rayo para
líneas aéreas provistas con equipo de reconexión automática, puede
suponerse que la reconexión de la línea es infructuosa en 20% del
número total de intentos.
2.8.2 Cálculo de frecuencia de falla por rayo:
En general, cuando un rayo incide directamente sobre un conductor,
se puede decir que, independientemente del nivel de aislamiento de
la línea, es imposible evitar el contorneamiento. El diseño de
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línea de transmisión debe adoptar medios para evitar caída directa
de rayos sobre los conductores.
El diseño de protección contra rayos se detalla a continuación:
Protección contra impacto directo de rayos.
Revisión de las separaciones entre los miembros de la torre y
el conductor y las separaciones entre el hilo de guarda y el
conductor.
Reducción de resistencia de puesta a tierra.
Estimar de la tasa de salidas.
Generalmente diseño de blindaje significa seleccionar el ángulo de
blindaje adecuado entre el hilo guarda y el conductor considerando
la confiabilidad requerida de la línea. En el Apéndice A se
muestra un método para calcular la probabilidad de falla del
blindaje y la frecuencia de falla en líneas de transmisión.
Para el cálculo del número esperado de salidas de línea, el ICE
cuenta con el programa FLASH mediante el cual se pueden hacer
análisis de sensibilidad para observar como varía la confiabilidad
de la línea cuando se modifican los diferentes parámetros que
afectan su diseño.
2.8.3 Experiencia operacional:
Para líneas equipadas con hilo guarda la frecuencia de falla por
rayo es altamente dependiente de la resistencia al impulso de
puesta a tierra de las torres. Como información aproximada en la
figura 2.1 se muestran frecuencias de fallas por rayo para
diferentes niveles de aislamiento y resistencias de puesta a
tierra. La figura muestra la diferencia entre líneas de
transmisión con y sin hilo de guarda así como el impacto de
resistencias de puesta a tierra de torre bajas y altas.
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Figura 2.1 Frecuencia de falla por rayo.
Nota: Los valores son válidos por una densidad
rayo de un golpe por km² por año.
2.9 CAMPOS MAGNÉTICOS Y ELÉCTRICOS
2.9.1 Campo eléctrico
El voltaje de las líneas eléctricas crean un campo eléctrico
alrededor de sus conductores. Este campo puede producir diferentes
tipos de fenómenos tal como la carga de objetos de metal aislados,
por ejemplo, vehículos, techos de zinc, sistemas de irrigación,
cercas, etc.
Estas descargas eléctricas también se pueden sentir al caminar en
hierba o tocar objetos conectados a tierra. En áreas urbanizadas,
se recomienda un campo eléctrico máximo de menos de 2,4 kV/m,
medido a 1,4 m del suelo, en el borde de la servidumbre y menor a
8,0 kV/m medido a 1,4 m del suelo, en cualquier punto dentro de la
servidumbre.
0 500 1000 1500
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
1
2a
2b
2c
2d
kV
1. Sin hilo guarda
2a. Con hilo guarda
individual resistencia
de torre 80
2b. Con hilo guarda
individual resistencia
de torre 40
2c. Con hilo guarda
individual resistencia
de torre 20
2d. Con hilo guarda
individual resistencia
de torre 10
Frecuencia de falla
por rayo
Fallas por rayo por
100 km al año
Voltaje de impulso
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Por más de dos décadas se han realizado investigaciones para
determinar si gente, ganado y otros animales son afectados por
campos eléctricos de líneas de alto voltaje. El consenso general
es que, aunque hay un número de efectos bien establecidos de
campos eléctricos en células y animales de laboratorio, no hay
razón para creer que estos efectos son dañinos.
2.9.2 Campo magnético
El flujo de corriente en los conductores produce un campo
magnético alrededor de ellos. Campos magnéticos de frecuencia
industrial también pueden ser encontrados en muchos otros entornos
en una sociedad moderna. Estos campos penetran tejidos biológicos
más que los campos eléctricos. Una gran cantidad de estudios
epidemiológicos involucrando campos magnéticos se han realizado
durante los diez últimos años. Tomados conjuntamente, estos
estudios se contradicen entre sí, y no ha sido posible al día de
hoy reproducir ningún resultado cuando los estudios se repiten en
otros centros de investigación. La única conclusión a la que se ha
podido llegar con certeza es que, de ser cierto que los campos
magnéticos de baja frecuencia representan un peligro para la
salud, este debe ser tan pequeño que no se ha logrado medir.
Sin embargo, hasta tanto los investigadores no lleguen a ponerse
de acuerdo sobre el tema, es conveniente hacer esfuerzos por
reducir la exposición a campos magnéticos a gente que viva cerca
de las líneas siempre y cuando esto pueda lograrse sin incrementar
el costo de la obra. Esto puede ser logrado optimizando la ruta de
la línea de tal manera que se evite en la medida de lo posible
zonas urbanas, escuelas, hospitales, etc.; diseñando adecuadamente
el ancho de la servidumbre de paso; limitando las construcciones
dentro de ella; utilizando torres de campo bajo con un diseño
triangular; haciendo uso de diseños de líneas compactos donde se
pueden agregar circuitos de distribución sobre las mismas
estructuras; utilizando diseños de “fase – dividida” de los
conductores; etc.
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3 CARGAS Y DEFINICIONES MECANICAS
3.1 DEFINICIONES
Longitud de vano “a”
El vano o la longitud del vano, denotado por “a”, es la distancia
horizontal entre dos torres adyacentes.
Vano regulador, “ar“:
es el vano que refleja el comportamiento de una serie de vanos “a”
entre dos torres de tensión.
El vano regulador es calculado como:
(3.1)
Fuerza transversal “Ft“
La fuerza transversal, “Ft“, está compuesta por la fuerza “V”
producida por el viento al soplar contra el conductor (ver figura
3.1) y por la fuerza “A” producida por la tensión del conductor
cuando existen cambios en la dirección de la línea (ver figura
3.2).
La componente debida al viento se calcula de acuerdo a la
siguiente ecuación:
(3.2)
donde:
V : componente de la fuerza horizontal debida al viento
sobre la estructura (kg).
Pv : presión de viento que actúa sobre el conductor. Ver
cláusula 3.3 (kg/m²).
Dc : diámetro del conductor (m).
TV : tramo de viento (m).
La componente debida al cambio de dirección de la línea se
calcula:
(3.4)
donde:
At : componente de la fuerza transversal debida al cambio de
dirección de la línea (kg).
H : componente horizontal de la tensión (kg).
: ángulo de desvío de la línea (grados).
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Fuerza vertical “Fv”
Es la longitud de conductor que produce una fuerza vertical debida
al peso propio del cable (ver figura 3.3). Esta longitud se
calcula a partir de la distancia horizontal entre los dos vértices
de la catenaria, formada por el conductor, en los vanos adyacentes
a la torre. (El vértice es el punto de la catenaria donde la
pendiente cambia de dirección).
Para calcular esta fuerza se utiliza la siguiente ecuación:
(3.5)
donde:
Fv : fuerza vertical sobre la estructura (kg)
Pc : peso unitario del cable (kg/m)
TP : tramo de peso (m).
(3.6)
donde:
lpi : longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de
la catenaria. Del lado izquierdo de la estructura (m)
lpd : longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de
la catenaria. Del lado derecho de la estructura (m).
Así, si los puntos de sujeción del conductor en la torre, en tres
estructuras sucesivas, están al mismo nivel, el vano de viento
para la torre intermedia es igual al vano de peso. Además, el vano
de peso no varía con los cambios en la carga sobre el conductor,
i.e., viento o temperatura.
Para torres situadas en diferentes elevaciones se deben calcular
los cambios en vano de peso debidos a cambios en las cargas sobre
el conductor.
Figura 3.1 Figura 3.2
a2 a1
3
avx
2
ah
-h2
-h1
avy
1
1
2 3
avy
avx
-h1
+h2
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Carga
Es la fuerza a que están sometidas los conductores, las
estructuras y herrajes multiplicada por coeficientes con el objeto
de adaptarla a las condiciones de diseño.
Tensión Media Diaria (TMD)
La TMD es la componente horizontal de la tensión del conductor a
la temperatura media anual, del conductor, cuando no hay viento y
después de la fluencia (tensión final).
Soporte de suspensión tangente
Soporte localizado en una porción de línea esencialmente recta.
Soporte de suspensión en ángulo
Soporte utilizado en ángulos pequeños o medios de desviación de la
ruta, estando los conductores sujetos por conjuntos de aisladores
del tipo de suspensión. El ángulo máximo de desviación de la ruta
recomendado para este tipo de estructuras es de 5 grados.
Soporte de ángulo
Soporte localizado en un punto donde la ruta de la línea, en plano
horizontal, cambia sustancialmente en dirección. Los conductores
se sujetan a la estructura por medio de conjuntos de aisladores
del tipo de remate.
Soporte de remate intermedio
Soporte de ángulo o tangencial con conjuntos de tensión que
limitan secciones de una línea, o donde el tipo de conductor o la
tensión de diseño cambia.
Soporte de remate final
Soporte diseñado para terminar la tensión de la línea. Se coloca
en los extremos de la misma.
3.2 SUPOSICIONES DE CARGA
Cuando se diseña una línea se deben tomar en cuenta las cargas
debidas a conductores reventados, la carga vertical y la carga
horizontal de los conductores, a diferentes temperaturas.
También deben tomarse en cuenta las cargas temporales producidas
durante la construcción y mantenimiento.
3.3 PRESION DEL VIENTO
3.3.1 Fórmula de presión del viento
Para cualquier estructura o conductor la presión del viento está
dada por:
REVISAR PARA TORRES
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(3.7)
donde:
Pv : presión del viento (kg/m²)
v : velocidad de viento de referencia de acuerdo con la
cláusula 3.3.2 (km/h)
G : factor de respuesta de ráfaga, ver cláusula 3.3.3.
Ca : Coeficiente de arrastre de acuerdo con cláusulas 3.3.4 y
3.3.7.
Para convertir la presión del viento en fuerza se debe multiplicar
la presión por el área “A” de superficie proyectada normal a la
dirección del viento (m²). Para torres de celosías “A” es
solamente el área de una de las caras. Para el caso de conductores
y elementos cilíndricos el área se calcula multiplicando el
diámetro por la longitud del elemento.
3.3.2 Velocidad del viento de referencia
La velocidad de viento de referencia “v” es 80 km/h (22,5 m/s)
excepto:
- Parte norte – occidental (Guanacaste) v = 90 km/h (25,0 m/s)
- Lado oeste del Valle Central v = 100 km/h (28,0 m/s)
- Áreas montañosas del norte (Guanacaste
al oeste de la longitud 84 30’ v = 120 km/h (33,5 m/s)
Las ráfagas de viento tienen un frente tal que pueden afectar una
torre completa, pero solamente partes de un vano. Este efecto es
considerado en los coeficientes de arrastre.
Si se pueden esperar velocidades extremas de viento debidas a la
influencia local del terreno, se deben llevar a cabo
investigaciones especiales para determinar la velocidad de viento
real. Tales influencias del terreno pueden ser: encauzamiento del
viento, montañas y colinas, valles y regiones costeñas.
Las velocidades de ráfaga de viento aumentan con la altura sobre
el terreno. Los valores dados anteriormente son válidos para
torres y accesorios a alturas de hasta 25 m sobre el nivel del
terreno. Para niveles más altos la velocidad de viento debe
calcularse de acuerdo con la siguiente ecuación:
(3.8)
donde:
Z : altura sobre el terreno (m).
v10 : velocidad corregida (km/h).
β : coeficiente exponencial, β = 4,5.
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3.3.3 Coeficiente de respuesta a ráfaga
El coeficiente de respuesta a ráfaga “G”, es:
- Para conductores o superficies cilíndricas, G = 1,0.
- Para conductores en el cálculo de movimiento de cadenas de
aisladores de suspensión o balanceo de conductores, G = 0,52.
- Cualquier otro caso, G = 1,6.
3.3.4 Coeficiente de arrastre para estructuras tipo H.
El coeficiente de arrastre “Ca” para una estructura tipo H es:
- Para miembros de lado plano Ca = 1,8
- Para miembros de sección circular Ca = 1,1
3.3.5 Coeficiente arrastre para torres de celosías.
El coeficiente de arrastre Ca para torres de celosía depende de la
forma de los miembros, la sección transversal de la torre y la
dirección de viento, (ver tabla 3.1).
Tabla 3.1 Coeficiente de arrastre “Ca” para torres de celosía.
Sección de torre Miembros Dirección del viento Ca
Rectangular Lado plano Perpendicular 3,2
Rectangular Lado plano Contra una esquina 3,8
Rectangular Circular Perpendicular 1,9
Rectangular Circular Contra una esquina 2,3
Triangular Lado plano Cualquiera 2,8
Triangular Circular Cualquiera 1,7
3.3.6 Coeficiente de arrastre para postes, aisladores y
accesorios
Los coeficientes de arrastre “Ca” para postes de concreto y madera,
cadenas de aisladores y miembros individuales se dan en la tabla
3.2.
Para conjuntos de aisladores sencillos el área de exposición al
viento se calcula con el diámetro externo de los aisladores. Para
conjuntos de aisladores dobles o de más cadenas paralelas, la
carga del viento se calcula tomando el efecto total del viento en
cada cadena.
Tabla 3.2 Coeficiente de arrastre “Ca”.
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Miembro Ca
Poste redondo 1,0
Poste poligonal 1,3
Poste cuadrado 1,8
Cadena de aisladores 1,2
Caras planas 2,0
Caras circulares:
Superficie lisa con diámetro < 270 mm 1,2
Superficie lisa con diámetro ≥ 270 mm 0,6
Superficie rugosa 1,4
3.3.7 Coeficiente de arrastre para conductores
Para los conductores el coeficiente de arrastre Ca = 1,0, que
incluye el factor de respuesta de ráfaga y reducción para vano de
viento largo. Cuando el ángulo de incidencia “Ω” del viento con la
dirección de la línea, es menor de 90°, la carga del viento normal
al conductor se calcula multiplicando la ecuación 3.7 por sen (Ω).
En la figura 3.3 puede observarse que la resultante no está en la
bisectriz del ángulo de línea.
Para dos o más conductores paralelos, la carga del viento se
calcula tomando en cuenta el efecto total del viento actuando
sobre cada conductor.
Figura 3.3
Dirección del Viento
1 2
Vano 1
Vano 2
F2
F1
Resultante de
fuerzas normales a
los vanos 1 y 2
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3.4 TEMPERATURA EN CONDUCTORES
La TMD, temperaturas mínimas y máximas en conductores se dan en la
tabla 3.3.
La temperatura de conductor máxima, +80 °C, sin viento, incluye el
calor del aire, la radiación solar y la corriente eléctrica. Las
líneas deben diseñarse para operar a una temperatura de +100°C
bajo condiciones de emergencia, esto es una situación que puede
presentarse durante 10 h/año. En estos casos se permite que las
distancias de seguridad especificadas en el Capítulo 4, cláusula
4.5 se disminuyan en 2 m en lo que se refiere a separaciones
verticales a terrenos agrícolas. En el resto de los casos se deben
guardar las distancias ahí indicadas.
La temperatura del conductor durante un cortocircuito depende del
área y material del conductor y del tiempo y magnitud de la
corriente de cortocircuito, que a su vez depende de la ubicación
de la falla. Por “tiempo de falla” se designa al tiempo de falla
máximo efectivo, 0,5 s, que depende del diseño de la protección de
relé. Las temperaturas permitidas son dadas en el Capítulo 4,
cláusula 4.12.
Tabla 3.3 Temperatura en conductores (°C)
Región TMD Mínima Máxima Máxima
Normal
Emergencia
(10 h/año) con viento
Valle Central 20 15 30 80 100
Costa Pacífica 27 20 35 80 100
Costa Atlántica 25 20 30 80 100
Áreas montañosas 10 5 20 80 100
3.5 CARGAS PRODUCIDAS DURANTE CONSTRUCCIÓN Y
MANTENIMIENTO
Los miembros de una torre deben ser capaces de soportar el peso de
un lindero, correspondiente a una carga puntual de 200 kg,
incluyendo el factor de carga, en el punto más desfavorable.
Durante las operaciones de tensado y reparación de conductores los
soportes pueden estar expuestos a cargas verticales mayores al
peso propio de los conductores. Cuando los conductores se bajan al
suelo manteniendo la dirección de la línea, se originan
desbalances longitudinales en la tensión de los conductores.
En un terreno montañoso se deben considerar, además de las cargas
verticales mencionadas anteriormente, las cargas horizontales
originadas por el desbalance de tensiones producido cuando los
conductores descansan en las poleas. Esta carga horizontal depende
de la diferencia en altura que exista entre los puntos de soporte
del vano.
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También se deben considerar las cargas producidas sobre el soporte
durante las operaciones de tendido y tensado de los conductores.
Estas cargas son producidas por la pendiente, que durante el
tensado, se produce en el conductor entre el punto de soporte y el
equipo tensor o las anclas a tierra. Está pendiente tendrá una
razón de 1 (vertical) a 3 (horizontal).
3.6 CARGAS POR TERREMOTO
Las cargas producidas por un terremoto pueden ser, en general,
despreciadas dado que las estructuras autosoportadas tienen la
capacidad para absorber cargas sísmicas básicas.
3.7 FACTORES DE CARGA
Las torres, anclas y fundaciones deben diseñarse de tal modo que,
sin exceder su tensión permisible, puedan soportar las cargas
externas multiplicadas por los factores de carga “fc” de acuerdo
con la tabla 3.4.
Las tensiones y flechas del conductor deben calcularse sin
considerar estos factores de carga. Las separaciones de seguridad
eléctricas en aire deben calcularse sin los factores de carga.
Para fundaciones, los factores de carga deben ser un 15% mayores
que los valores indicados en la tabla 3.4, los cuales puede ser
calculados multiplicando las reacciones de los soportes del
análisis estructural por 1,15.
Tabla 3.4 Factor de carga “fc”
Tipo de carga fc
Casos de carga normales:
Viento sobre la estructura 1,10
Viento sobre conductores y tensión del conductor 1,67
Peso muerto 1,84
Casos de carga de conductor reventado:
Viento sobre la estructura 1,10
Viento sobre conductores y tensión del conductor 1,30
Cargas longitudinales 1,30
Peso muerto 1,43
Casos de carga de construcción y mantenimiento:
Peso muerto 1,84
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3.8 CALCULO DE CARGA DE DISEÑO
3.8.1 Cargas para análisis estructural
Las cargas para las combinaciones de carga dadas en cláusula 6.2
se calculan de acuerdo con las siguientes fórmulas.
a. Cargas transversales:
Las cargas transversales de diseño de los elementos estructurales
se calculan de acuerdo con la ecuación 3.9. Para una dirección de
viento dirigida hacia una esquina de la estructura la carga Ct será
dividida en componentes transversales y longitudinales.
(3.9)
donde:
Ct : carga de diseño transversal para elementos estructurales
(kg).
Ft : fuerza transversal sobre elementos estructurales (kg).
fc : factor de carga.
La carga transversal de diseño debida al viento soplando contra
los conductores y conjuntos de aisladores se calcula de acuerdo a
la ecuación 3.10.
o sea
(3.10)
donde:
n : número de subconductores.
fc : factor de carga de acuerdo con la tabla 3.4
v : velocidad del viento de acuerdo con cláusula 3.3.2 (km/h).
TV : tramo de viento de acuerdo con cláusula 3.1 (m).
Dc : diámetro de conductor (m).
Ω : ángulo de incidencia del viento con respecto a la dirección
de la línea, ver cláusula 3.3.7.
H : tensión horizontal del conductor considerando la temperatura
y fuerza del viento sobre el cable (kg).
: ángulo de desvío de la línea.
Aa : área del conjunto (s) de aisladores expuesta al viento (m²).
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El producto de los factores CaG = 1,6 del primer término de la
ecuación es el valor del coeficiente de ráfaga actuando sobre
torres de celosía.
El producto de los factores CaG = 1,0 y 1,2 del tercer término de
la ecuación anterior son los coeficientes de arrastre de la
ecuación 3.7 para conductores y aisladores, respectivamente.
b. Cargas longitudinales.
Las cargas longitudinales de los conductores se calculan de
acuerdo con la ecuación 3.11 para conductor reventado en
estructura de suspensión o estructura de tensión.
(3.11)
donde:
C1 : carga longitudinal (kg).
n : número de subconductores.
k : 1,0 para estructuras de suspensión.
1,0 para estructuras de remate.
fc : factor de carga de acuerdo con la tabla 3.4.
H : carga de tensión en el conductor considerando la temperatura
y carga del viento en conductor (kg).
c. Cargas verticales.
Las cargas verticales de miembros estructurales se calculan de
acuerdo con la ecuación 3.12 para conductores y conjuntos de
aisladores.
(3.12)
donde:
Cv : carga vertical (kg).
fc : factor de carga de acuerdo con la Tabla 3.4.
n : número de subconductores.
Pc : peso muerto de un conductor o hilo de guarda (kg/m).
TP : tramo de peso considerando temperatura y carga del viento en
el conductor.
Pa : peso del conjunto de aisladores (kg).
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3.8.2 Cálculo de ángulos de oscilación del aislador y el
puente.
En las cláusulas 2.2.2 y 4.4.1 se dan las distancias de seguridad
entre conductores y partes de la estructura de soporte. El diseño
debe considerar la oscilación de los aisladores o del puente. El
ángulo de oscilación en el plano vertical perpendicular a la línea
se calcula con la siguiente ecuación:
(3.13)
donde:
θ : ángulo de oscilación (grados).
Ct : carga transversal (kg).
Cv : carga vertical (kg).
a. Cargas transversales
Para aisladores y conductores:
La carga transversal de conjuntos de aisladores y conductores se
calcula de acuerdo con la ecuación 3.14. El factor G = 0,52 y G =
0,83 representan una disminución a un 72% de la velocidad del
viento de acuerdo con la cláusula 2.2.2.
o sea:
(3.14)
Para puentes:
La carga transversal de conductores en puentes, con o sin juego de
aisladores, se calcula de acuerdo con la ecuación 3.15.
Para un puente, no se puede utilizar la reducción. El balanceo del
puente se calcula utilizando el coeficiente de arrastre para
accesorios C = 1,2 de acuerdo con la cláusula 3.3.6 y el factor de
respuesta de ráfaga G = 0,52 para el conductor y el conjunto de
aisladores de suspensión (si lo hay).
o sea,
(3.15)
donde:
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Ct : carga transversal (kg).
n : número de subconductores.
v : velocidad del viento de acuerdo con la cláusula 3.3.2 (km/h)
TV : tramo de viento de acuerdo con la cláusula 3.1 (m).
lj : longitud de conductor en el puente (jumper) (m).
Acp : área de los contrapesos expuesta al viento (m²).
Dc : diámetro del conductor (m).
H : tensión del conductor, considerando temperatura y carga del
viento sobre el conductor (kg).
Aa : área de los aisladores o conjunto del puente (m²).
b. Cargas verticales
La carga vertical se calcula de acuerdo con la ecuación 3.16.
(3.16)
donde:
Cv : carga vertical (kg).
n : número de subconductores.
Pc : peso unitario del conductor (kg/m).
TP : tramo de peso, considerando temperatura y carga de viento
sobre el conductor. Para el puente, TP es la longitud del
conductor en el puente (lj) (m).
Pcp : peso de los contrapesos (kg).
Pa : peso del conjunto de aisladores o del puente (kg).
3.9 TENSION Y ECUACIONES DE LA CATENARIA
3.9.1 Cálculo de la tensión horizontal
Un conductor suspendido entre dos soportes toma la forma de una
curva catenaria si está uniformemente cargado. Generalmente se
puede, sin error significativo, considerar la curva como una
parábola.
La curva del conductor debe calcularse para tensiones y flechas
iniciales y finales. Las tensiones y flechas finales consideran el
efecto de la elongación de 10 años de fluencia lenta (creep) o la
debida a cargas pesada, si esta alarga el conductor en un mayor
grado que la debida a la fluencia.
Las cargas producidas por las esferas de señalización aéreas
situadas con un espaciamiento uniforme en el vano, pueden ser
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consideradas como cargas de viento y peso uniformemente
distribuidas.
Las limitaciones para las tensiones en los conductores se dan en
la cláusula 4.2.
Para el cálculo del cambio de tensión de los conductores debido a
cambios en la presión del viento y/o la temperatura, se puede
utilizar la ecuación del cambio de estado, derivada de una
aproximación a la parábola.
(3.17)
donde:
ar : vano regulador (m).
A : área total del conductor (mm²).
: esfuerzo producido por la tensión (kg/ mm²).
Pr : (Pc2 + Pv
2)½, carga resultante en conductor (kg/m).
: coeficiente de expansión térmica (mm/mm/°C).
∆T : T-T0, diferencia en temperatura (°C).
T : temperatura (°C).
ϵ : deformación unitaria a temperatura T y tensión H (mm/mm).
Lo : longitud inicial a temperatura inicial T0 y tensión
inicial.
Utilizando la ecuación de cambio de estado es posible ir de una
condición de ambiental dada a otra. Los valores iniciales son el
esfuerzo y temperatura en el momento requerido, con los que se
obtiene la longitud inicial L0.
Para poder hacer cálculos precisos de la variación de la tensión
con la temperatura, viento y tiempo, se debe conocer la curva
esfuerzo – deformación – fluencia del conductor. Las curvas
típicas para conductores ACSR se muestran en la figura 3.4. Estas
curvas pueden ser expresadas como un polinomio de la forma
(3.18)
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Figura 3.4 - Curvas esfuerzo deformación.
En el cálculo, la curva a ser utilizada para tensión inicial es la
curva 1, que es la suma de las curvas esfuerzo – deformación
iniciales del acero y del aluminio.
El punto B, llamado de carga pesada, se calcula a la tensión
inicial, con carga de viento máxima y temperatura mínima.
El punto C se calcula con la curva 3, llamada fluencia lenta de 10
años, a temperatura TMD y sin viento. La temperatura TMD de
acuerdo con la tabla 3.3.
Para hacer el cálculo, la curva 2 se mueve paralela a sí misma,
desde el punto A hasta el punto B, para obtener la nueva curva 4,
y al punto C para obtener la nueva curva 5. De las nuevas curvas 4
y 5, debe seleccionarse la que dé la mayor deformación. Por
ejemplo, en la figura 3.4, se debe utilizar la curva 5 para
calcular las tensiones y flechas finales.
En las ecuaciones anteriores, “sigma” es el esfuerzo a que está
sometido el conductor en el punto más bajo de la catenaria.
Como en un cable donde la carga está uniformemente distribuida no
existe otra componente en la dirección horizontal que la tensión
del conductor en el punto más bajo de la catenaria, la componente
horizontal de la tensión del conductor tiene que ser igual a lo
largo de todo el vano.
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3.9.2 Ecuaciones de la parábola
Las ecuaciones que representan matemáticamente el conductor son
expresiones hiperbólicas, difíciles de utilizar sin la ayuda de un
computador. Sin embargo, en la mayoría de los casos se pueden
aproximar a funciones parabólicas que simplifican los cálculos sin
perder mayor precisión.
En un vano a nivel la ecuación de la parábola para calcular la
flecha en el punto medio es:
(3.19)
La flecha calculada para un vano regulador puede ser transformada
a un vano arbitrario “ax” con la ecuación 3.20.
(3.20)
donde:
fx : flecha del vano requerido (m).
ax : vano requerido (m).
Si los soportes están a diferentes elevaciones entonces el punto
bajo del conductor no está en el punto medio del vano. En este
caso la flecha se calcula de acuerdo con la siguiente ecuación:
(3.21)
donde:
b : es la distancia entre apoyos (m).
a : vano (m).
C : parámetro de la catenaria (m).
Δ h : diferencia de elevación entre apoyos (m).
Por lo general se puede despreciar el segundo miembro de la
ecuación
Las distancias horizontal x1 y vertical fN, desde el apoyo inferior
al punto más bajo del cable, figura 3.5, se calculan con la curva
de la parábola de acuerdo con las ecuaciones 3.22 y 3.23. Las
ecuaciones son válidas para delta h ≤ 0,4a.
(3.22)
(3.23)
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Figura 3.5 Punto bajo de flecha cuando los soportes están a
diferentes elevaciones.
3.9.3 Ecuaciones de la catenaria
a. Cálculo de las distancias de los apoyos a los vértices de la
catenaria:
(3.24)
donde:
X1 : distancia horizontal entre el apoyo más bajo y el
vértice de la catenaria (m).
a : vano (m)
Δh : diferencia de elevación entre soportes (m).
c : constante de la catenaria = H/ Pc (m).
H : componente horizontal de la tensión (kg).
Pc : peso unitario del conductor (kg/m).
(3.25)
donde:
X2 : distancia horizontal entre el apoyo más alto y el
vértice de la catenaria (m).
Para el cálculo aproximado de X1 se puede utilizar la siguiente
ecuación:
bv
b
av a/2
h
a
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(3.26)
b. Longitud del conductor:
(3.27)
donde:
l : longitud de conductor del apoyo al vértice de la
catenaria (m).
x : distancia horizontal entre el apoyo y el vértice de la
catenaria (m).
ECUACIONES DE LA CATENARIA
METODO PRECISO
METODO APROXIMADO
(para 4,0a
h
)
1. Ecuación de la catenaria
1.
2. Longitud del conductor
2.
3. Tensión total
3.
4. Distancia entre apoyos y
origen
4.
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a
a/2
f
b
X2 X1
X3
l2
l1
h
fn
y
xH
ECUACIONES DE LA CATENARIA
METODO PRECISO
METODO APROXIMADO
(para 4,0a
h
)
1. Ecuación de la catenaria
1.
2. Longitud del conductor
2.
3. Tensión total
3.
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4. Distancia entre apoyos y origen
4.
5. Ángulos en las grapas
5.
6. Flecha a nivel
Flecha real
Distancia entre mitad vano y punto de
tangencia de la flecha.
6.
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4 CONDUCTORES Y DISTANCIAS
4.1 MATERIALES, DISEÑO Y SECCIÓN TRANSVERSAL MINIMA DE
LOS CONDUCTORES
4.1.1 Materiales
Los conductores pueden ser de aluminio reforzado con acero (ACSR),
aleación de aluminio (AAAC) o conductores de acero (hilo guarda).
En zonas volcánicas donde se utilicen conductores ACSR se
recomienda que el refuerzo de acero esté recubierto con aluminio.
El material, la fabricación y pruebas cumplirán los requisitos de
las normas de ASTM e IEC:
ASTM A 363 Hilo de guarda de acero galvanizado.
ASTM B 232 (M) Conductores de aluminio en capas torsionadas
concéntricamente, reforzado con acero (ACSR).
ASTM B 399 (M) Conductores de aleación de aluminio 6201-T81 de
capas torsionadas concéntricamente.
ASTM B 416 Conductores de acero revestidos en aluminio
torsionados concéntricamente.
Publ. IEC 1089 Conductores eléctricos de hilos redondos
torsionados concéntricamente.
4.1.2 Diseño y sección transversal mínima
Los conductores siempre tendrán una sección transversal tal, que
durante su operación normal, no se calienten a temperaturas que
pongan en riesgo la reducción de su tensión de ruptura. Tomando
esto en consideración, se permite una temperatura de 100°C para
conductores ACSR, o conductores de aleación de aluminio (AAAC),
por un tiempo acumulado de 48 horas anuales (condición de
emergencia). Un tiempo más largo podría permitirse después de un
estudio de las consecuencias para el conductor. Ver también la
cláusula 3.4. Los conductores también tendrán una sección
transversal tal, que la temperatura durante un cortocircuito, en
ningún punto a lo largo de la línea, exceda los 200°C para
conductores ACSR, o de aleación de aluminio (AAAC). Para
conductores de acero la temperatura no excederá los 300°C durante
un cortocircuito.
Los cables de protección (hilo guarda) recomendados son:
Acero aluminizado:
7 No. 7 AWG: Area 73.87 mm²
7 No. 8 AWG: Area _____ mm²
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Cable de acero de alta resistencia:
3/8”, 7 hilos, área 51 mm² con revestimiento de zinc, clase B.
Los conductores recomendados para los diferentes voltajes
utilizados se dan en la tabla 4.1.
Tabla 4.1 Conductores de fase
Nombre kCM Área
mm²
Hilos
N° Notas
138 kV
ACSR1:
Linnet 336.4 198 26/7 utilizado pero no
recomendado
Grosbeak 636 375 26/7
AAAC:
Canton 394 200 19
utilizado pero no
recomendado en zonas donde
haya contaminación salina.
ACAR:
Cabadelo 600 375 18/19 reconstrucciones
230 kV
ACSR1:
2xGrosbeak 2x636 2x375 26/7 utilizado pero no
recomendado, solo apareado.
Drake 2x795 2x468 26/7 utilizado pero no
recomendado, solo apareado
Cardinal 954 517 54/7
Condor 795 455 54/7 altitud ≤ 800 m
Rail 954 517 45/7 altitud > 800 m
4.2 TENSIONES PERMISIBLES
La magnitud de la tensión en los conductores debe limitarse,
considerando el riesgo de ruptura por fatiga, debida a la
vibración del conductor. En la tabla 4.2, la tensión permisible
está dada como un porcentaje de la tensión de ruptura (TR), para
diferentes condiciones de carga.
Como el riesgo causado por las vibraciones no depende
exclusivamente de la magnitud de la tensión, sino también de otras
condiciones, tales como el tipo de terreno, tipo de sujetador del
conductor, longitudes de vano y la existencia y diseño de
amortiguadores de vibración, debe tenerse especial cuidado con
1 En regiones de ambiente corrosivo (franja 5 km de las de costas; zonas influencia volcánica) se utiliza el alma
de acero recubierta de aluminio: ACSR/AZ
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estos detalles para que las tensiones permitidas en la tabla 4.2
sean aplicables.
Tabla 4.2 Tensión permisible en conductores
Tensión
permisible
Condiciones de carga
Viento Tensión Temperatura (1)
10% de TR Sin viento final TMD
22% de TR Sin viento inicial TMD
30% de TR 100% viento (2) final TMD
(1) Temperatura ver Capítulo 3, tabla 3.3.
(2) Carga de viento, ver cláusula 3.3.
4.3 CALCULOS DE LA TENSIÓN DEL CONDUCTOR
Los cálculos se realizarán de acuerdo con el “Método gráfico para
cálculos de flecha – tensión para ACSR y otros conductores” o las
fórmulas en la cláusula 3.9.
Las cargas y tensiones en el conductor se calculan sin factores de
carga. Entonces, para el diseño de torres y postes, el resultado
del cálculo de la tensión del conductor se debe multiplicar por
los factores de carga, de acuerdo con la cláusula 3.7.
Conductores con hilos de aluminio o sus aleaciones se elongan
permanentemente con el tiempo debido a la fluencia (creep)
progresiva en el aluminio. Este fenómeno aumenta conforme aumentan
la tensión y la temperatura. En condiciones normales, la fluencia
progresiva ocurre con velocidad decreciente.
Debido a que la fluencia tiene lugar durante un período de tiempo
largo, la flecha y tensión para los conductores deben ser
calculadas tomando, y sin tomar en cuenta, la fluencia. Para el
cálculo de distancias de seguridad y de fuerzas actuantes en
estructuras de soporte, deben utilizarse los valores más
desfavorables de flecha y tensión (excepto para el caso de la
tensión máxima donde se utiliza su valor final).
4.4 DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE EL CONDUCTOR Y PARTES
ATERRIZADAS U OTROS CONDUCTORES EN LA MISMA LINEA.
4.4.1 Distancias de seguridad entre el conductor y partes
aterrizadas en la misma estructura.
Las distancias de seguridad mínimas permisibles, en aire, entre
partes vivas (conductor, grapas de suspensión, cuerno de arqueo,
puentes, etc.) y partes aterrizadas en la torre están dadas en la
cláusula 2.2.2.
Para el cálculo de estas distancias se debe tomar en cuenta la
condición de tensión más desfavorable.
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La distancia de seguridad a los anclajes se determinará como
sigue:
Bajo la suposición de que el ancla se diseñe no solamente para
carga mecánica sino también para las corrientes de falla a tierra,
se aplicará la distancia en la tabla 2.3, del Capítulo 2. De otra
manera, para la combinación de carga A, la distancia será 50%
mayor que la distancia de seguridad dada en la tabla 2.3. La
densidad de corriente durante contorneamiento (flashover) en un
tiempo de falla de 0.5 s en un ancla no debe ser mayor que 89
A/mm² para anclas de acero, y 146 A/mm² (en área de Al) para
anclas de aluminio con refuerzo de acero. Para un tiempo de falla
de 1 s, la corriente está limitada a 63 y 103 A/mm²
respectivamente.
La densidad de corriente se calcula con un aumento de temperatura
desde +30°C hasta +300°C para anclas de acero y a +200°C para
anclajes de aluminio reforzadas con acero.
La distancia de seguridad entre partes vivas y trabajadores de
mantenimiento escalando la torre es de 1.2 para líneas de 138 kV y
2.1 para líneas de 230 kV.
Para limitar la fluctuación de un puente (jumper), se pueden
utilizar contrapesos. Otros métodos para evitar que el puente
oscile, son un aislador de poste de línea sujetado en el lado de
la torre, o un juego de suspensión sujetado a una cruceta sobre el
puente.
4.4.2 Distancia de seguridad entre un conductor y otro,
considerando el riesgo de colisión.
Los conductores se fijarán a la torre a una distancia tal el uno
del otro, que se eviten colisiones y descargas (flashover). La
distancia mínima entre los conductores en un circuito así como la
distancia a los conductores más cercanos en circuitos o líneas
paralelas, se indica a continuación.
Estos valores se aplican en casos normales. Se debe analizar el
caso de líneas suspendidas muy bajo o donde se utilicen
conductores de diferente área o material o con diferentes flechas,
de acuerdo con la cláusula 4.4.2.2. La distancia eléctrica mínima
entre fases está dada en la cláusula 2.2.2.
Las distancias calculadas H y V son válidas hasta altitudes de
1000 m sobre el nivel del mar. Para niveles más altos, las
distancias deben aumentarse en 0.15 m por cada 1000 m de altura.
Si las distancias H y V entre los puntos de fijación en las torres
y en cualquier parte de un vano son diferentes, H y V se calculan
como el valor medio de las respectivas distancias en la torre.
En los casos que se exponen a continuación las temperaturas y
cargas de viento deben estar de acuerdo con el Capítulo 3.
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4.4.2.1 Caso normal
4.4.2.1.1 Conductores en el mismo plano horizontal
La distancia horizontal mínima H (m) (ver figura 4.1) entre los
puntos de fijación de los conductores en la torre será calculada
con la fórmula:
(4.1)
donde:
f : flecha en metros del conductor a +80 °C, sin viento y
tensión final.
Lk : longitud, en metros, de la parte del conjunto de aisladores
oscilando transversalmente respecto a la dirección de la
línea.
U : voltaje más alto, en kV, de acuerdo con el Capítulo 2,
tabla 2.1.
4.4.2.1.2 Conductores en el mismo plano vertical
La distancia vertical mínima V (m) entre los puntos de
fijación de los conductores en la torre será calculada con
(4.2)
donde:
kv : coeficiente de acuerdo al tipo de conductor,
ACSR, conductores de aluminio y aleaciones de aluminio:
kv : 1.1 para conjuntos de suspensión verticales y en V.
kv : 1.0 para conjuntos de tensión
Conductores de acero:
kv : 1.3 para conjuntos de suspensión verticales y en V.
kv : 1.2 para conjuntos de tensión
fu : flecha en metros del conductor superior, a +80 °C, sin
viento y en tensión inicial
fl : flecha en metros del conductor inferior, a +30 °C, sin
viento y en tensión inicial
U : voltaje más alto, en kV, de acuerdo con el Capítulo 2,
tabla 2.1.
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4.4.2.1.3 Conductores en diferentes planos horizontales y
verticales
Para diseños de este tipo, la separación de seguridad horizontal
“h” mínima y la separación de seguridad vertical “v” entre puntos
de fijación se calculan por medio de las fórmulas:
(4.3)
Ó
(4.4)
Donde “H” es la distancia horizontal calculada de acuerdo con la
cláusula 4.4.2.1.1. y “V” la distancia vertical calculada de
acuerdo con la cláusula 4.4.2.1.2.
Figura 4.1. Distancia horizontal y vertical entre puntos de
fijación de los conductores.
4.4.2.2 Conductores de diferentes materiales, diferentes
secciones transversales, diferentes tensiones EDS o
de tensión EDS extremadamente baja.
Las reglas en la cláusula 4.4.2.1 no aplican para estos casos
donde se deben realizar investigaciones especiales. Esto se puede
realizar de la siguiente manera.
Temperatura +80°C en ambos conductores y 100% de la carga de
viento en un conductor y 60% de la carga del viento en el otro
conductor. La distancia a mitad de vano será al menos U/143 entre
conductores de fase y, U/167 entre el hilo de guarda y conductor
de fase. Siendo U es el voltaje más alto, en kV.
Deben elegirse las tensiones inicial y final más desfavorables en
los conductores.
H H
V
V
v
v
h
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4.5 DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE CONDUCTOR Y TIERRA,
RUTAS TRANSITABLES, OTRAS LINEAS Y CASAS.
Las distancias en las siguientes tablas son válidas hasta una
altitud de 1000 metros sobre el nivel del mar. Para altitudes
superiores las distancias serán aumentadas en 0.15 m por cada 1000
m en altura.
4.5.1 Altura del conductor sobre tierra, rutas
transitables, líneas adyacentes, etc.
Un conductor se sujetará a una torre a una altura tal que tenga al
menos la altura sobre la tierra, líneas adyacentes, etc. que la
autoridad respectiva exija o que sea necesaria en consideración a
la naturaleza de la línea u otras circunstancias, e. g. terreno
con árboles o áreas urbanas planificadas.
El conductor no debe tener una flecha tal que pueda causar daño o
peligro.
Las condiciones anteriores pueden, en la mayoría de los casos,
considerarse como cumplidas, si las distancias de seguridad son
revisadas para las siguientes condiciones:
a) Temperatura máxima del conductor durante condiciones de calma.
Ver Capítulo 3, tabla 3.3.
b) Temperatura de cortocircuito, ver cláusula 4.1.2.
Para estas condiciones, que ocurren rara vez, se dan
separaciones de seguridad más pequeñas que para el caso a).
Las distancias de seguridad dadas en la Tabla 4.3 deben observarse
dentro del área de la línea y hasta 4 m de la fase exterior. Para
pendientes laterales mayores a 1:2, la distancia fuera de la fase
externa se aumentará correspondientemente.
Al controlar separaciones de seguridad con respecto a líneas
adyacentes, la separación de seguridad será calculada asumiendo
que la línea más baja en el cruce es cargada por su peso muerto, a
la temperatura diaria máxima (Capítulo 2, tabla 2.2.) sin
corriente.
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Tabla 4.3. Altura mínima del conductor sobre el terreno e
intersecciones
Conductor vivo pasando
sobre o cruzando
Altura vertical mínima
en metros para el caso (a)
138 kV 230 kV
Terreno agrícola 7,0 8,0
Plantaciones, desde la
parte superior de las
plantas
4,0 4,5
Carreteras, caminos
secundarios, calles,
estacionamientos y otros
lugares donde transiten
vehículos más altos que 2,5
m.
8,0 9,0
Autopistas 8,0 9,0
Terreno sin tráfico
vehicular 5,0 5,5
Edificios(1)
sin azotea 5,0 5,0
sin azotea 5,0 5,0
Piscinas 9,0 9,5
Chimeneas(1) señales de
tráfico, valla
publicitaria, antenas,
depósitos de aceites y
similares
3,0 3,5
Ferrocarriles no
eléctrificados 9,0 10,0
Ríos, lagos y canales con
tráfico marino(2)
14,0 14,5
Ríos, lagos y canales con
botes pequeños (2)
14,0 14,5
Ríos, lagos y canales sin
botes (2)
7,5 8,0
Líneas de transmisión con
voltajes menores a 1,3 kV y
líneas de comunicación.
3,0 3,0
Líneas de transmisión de
1,3 a 34,5 kV 3,0 3,0
Líneas de transmisión de
138 kV 3,0 4,0
Líneas de transmisión de - 4,0
(1)
En condiciones normales no se permiten construcciones bajo la línea. (2)
Con nivel de agua máximo.
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230 kV
4.5.2 Distancia de seguridad horizontal entre el conductor
y caminos paralelos, ferrocarriles, casas y árboles
cercanos.
Las distancias de seguridad en la Tabla 4.4 se calculan con la
deflexión de la estructura, si existe, los aisladores y la
oscilación del conductor para carga de viento máxima, a la
temperatura correspondiente, de acuerdo con las cláusulas 3.3 y
3.4.
Las separaciones de seguridad en la Tabla 4.5 serán calculadas sin
viento y a temperatura máxima.
Tabla 4.4. Separación mínima de seguridad horizontal del
conductor en condiciones de viento.
Conductor vivo pasando paralelo
a:
Distancias horizontales mínimas
en metros.
138 kV 230 kV
Edificios, a cualquier parte 2,5 3,0
Chimeneas, señales de tráfico,
valla publicitaria, antenas,
depósitos de aceites y similares.
2,5 3,0
Árboles 2,0 3,0
Caminos 4,0 5,0
Ferrocarriles no electrificados 4,0 5,0
Tabla 4.5. Separación mínima de seguridad horizontal del
conductor en condiciones de calma.
Conductor vivo pasando paralelo
a:
Distancias horizontales mínimas
en metros.
138 kV 230 kV
Edificios, a cualquier parte. 10,0 10,0
Chimeneas, señales de tráfico,
valla publicitaria, antenas,
depósitos de aceites y similares.
3,0 3,0
Árboles 10,0 10,0
Caminos 5,0 5,0
Ferrocarriles no electrificados 3,0 3,0
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4.5.3 Distancias de seguridad de los conductores a torres
en otras líneas o alumbrado público.
En lo que respecta a las distancias de seguridad a conductores en
otras líneas ver la cláusula 4.4.
Cuando líneas aéreas que no están montadas en las mismas torres
tienen rutas en la vecindad la una de la otra, por ejemplo,
colocadas paralelamente o cruzándose, deben existir distancias de
seguridad para poder realizar labores de mantenimiento en las
torres.
Por lo tanto, la distancia de la estructura de la torre al punto
más cercano vivo en la otra línea será de por lo menos de 3.0
metros para líneas 138 kV y por lo menos 3.5 metros para líneas de
transmisión de 230 kV. Estas distancias aplicarán para la
deflexión completa en el conductor debida a una carga de viento
del 100% a la temperatura correspondiente. Cargas de viento y
temperaturas de acuerdo al capítulo 3.
En los cruces de las líneas, si se ubica una estructura bajo los
conductores de la línea superior, se deben mantener al menos 4 m
para temperaturas máximas con o sin viento. Durante condición de
corto circuito la distancia será por lo menos de 2 metros.
4.6 LIMITACIONES PARA EL VANO REGULADOR
4.6.1 Tramos entre estructuras de suspensión
El vano regulador, para un tramo limitado por estructuras de
tensión compuesto de n vanos, es calculado de acuerdo a la
cláusula 3.1.
(4.5)
Se asume que la tensión del conductor, en el vano regulador, es la
misma del tramo completo. La forma de la catenaria de los
diferentes vanos que componen el tramo tiene la forma de la
catenaria del vano regulador, si se cumplen las siguientes
limitaciones:
a) El vano más largo no excederá 2 ar
b) El vano más corto no será menor a 0,5 ar
c) La relación máxima entre dos vanos adyacentes no excederá
1:2,5.
d) El vano regulador para 10 vanos consecutivos, ar,10, no se
desviará del valor de ar calculado para el tramo completo, en
más de:
e) Cuando exista un cambio de pendiente en el terreno mayor a un
30%.
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Donde no sea posible cumplir con las restricciones anteriores,
tales tramos o vanos serán delimitados por torres de tensión y
diseñados para el vano regulador en cuestión.
4.6.2 Comentarios sobre el vano regulador
Los siguientes comentarios explican el por qué existen
limitaciones para los vanos.
La suposición de que la tensión del conductor en el vano
regulador, es la misma en todo el tramo, y por lo tanto, que las
formas de las catenarias de los diferentes vanos de ese tramo
están definidas por la forma de la catenaria del vano regulador,
se basa en la suposición de que el conductor se puede mover
libremente, sin restricciones, en los vanos que componen el tramo.
El uso de conjuntos de suspensión, sin embargo, permite un
movimiento del conductor limitado. Limitando las longitudes de los
vanos se reduce la influencia que tiene en el cálculo la necesidad
de este movimiento, convirtiendo el cálculo del vano regulador en
una fórmula válida. De esta manera, si vanos largos y cortos se
mezclan a lo largo de la línea, los conjuntos de aisladores, por
medio de pequeños movimientos de oscilación en la dirección de la
línea, dan al conductor la tensión del vano regulador y la forma
de su catenaria.
Si varios vanos consecutivos son más cortos que el vano regulador,
se produce un vano regulador más pequeño dentro de estos vanos.
Este vano regulador reducido tiene, a la temperatura máxima del
conductor, una catenaria más pronunciada que la del vano regulador
calculada para el tramo completo y la distancia de seguridad a
tierra será más pequeña en estos vanos cortos.
Por otro lado, si varios vanos consecutivos son más largos que el
vano regulador, el vano regulador de ellos se incrementa. Este
vano regulador aumentado tiene una catenaria y una tensión del
conductor que se desvía de la del vano regulador calculada para el
vano completo. Esto afectará de alguna manera el vano de peso y el
cálculo de la oscilación (swing) de las cadenas de aisladores, así
como la tensión estimada del conductor.
4.7 UNIONES EN EL CONDUCTOR
4.7.1 Requerimientos mecánicos
Las uniones terminales, mangas-T y uniones en conductores se
realizarán de tal forma que no se dañe el conductor. Las uniones y
terminaciones tendrán una carga máxima de, al menos, 95% UTS del
conductor. Esto, sin embargo, no se aplica a uniones que están
libres de fuerzas de tensión.
Las uniones serán del tipo de comprensión, inyectadas con grasa.
Para mantenimiento de los conductores se permiten mangas
preformadas.
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4.7.2 Requerimientos eléctricos
Uniones, mangas-T y uniones terminales que lleven corriente
tendrán por lo menos la misma capacidad de conducción de corriente
que el conductor. Esto implica que, para llevar la máxima
corriente continua, la temperatura de estado permanente para la
unión y el conductor adyacente a la unión, no excederá a aquella
del conductor en general. Estos requerimientos también se
cumplirán después de un cortocircuito con la máxima corriente de
cortocircuito. El soporte mecánico de la unión, después del corto
circuito, cumplirá con la demandas de la cláusula 4.7.1.
4.8 PROTECCION CONTRA LA OSCILACIÓN DEL CONDUCTOR
Existen tres tipos principales de oscilaciones en los conductores
de líneas aéreas.
4.8.1 Vibración eólica
La vibración eólica, requiere de poca energía para producirse
(viento leve o diferencia de temperatura en el conductor). Induce
oscilaciones a frecuencias con un rango de 4 a 60 hz y amplitudes
de unos pocos centímetros. Este tipo de oscilación es la más
común, pero generalmente es fácil de prevenir con la ayuda de
amortiguadores estándar.
4.8.2 Oscilación del subconductor
La oscilación del subconductor, que puede producirse durante
vientos uniformes moderados a ángulos rectos con la línea, ocurre
en el subvano limitado por los espaciadores entre la frecuencia es
de 0,7 – 3 Hz y la amplitud de algunas décimas de centímetros. La
oscilación del subconductor puede causar serios daños en el punto
de amarre del espaciador.
4.8.3 Galopeo
El galopeo consiste de oscilaciones caracterizadas por baja
frecuencia (0,1 – 0,5 Hz) y una gran amplitud (1-6 m). El galopeo
ocurre principalmente con vientos altamente uniformes a ángulos
rectos con la línea. Este fenómeno es extremadamente raro, pero
cuando ocurre, el riesgo de daños mecánicos a los conductores,
aisladores y accesorios es considerable. El galopeo es observado
principalmente en condiciones de hielo.
4.8.4 Amortiguadores
Se usan amortiguadores estándar para evitar la vibración eólica de
conductores únicos y apareados.
Los amortiguadores serán del tipo stockbridge o stockbridge
modificado 4R de cuatro modos de resonancia, por ejemplo, de los
fabricantes Salvi o Fargo.
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Normalmente se utiliza un amortiguador, en cada extremo del vano,
en estructuras de suspensión, en los conductores y en el hilo
guarda. Para conductores únicos, con estructuras de suspensión, es
suficiente un amortiguador por vano, en vanos de menos de 500
metros.
Para conjuntos de tensión de conductores e hilos guarda, son
suficientes dos amortiguadores en cada conjunto.
Para calcular el número de amortiguadores que requiere cada vano,
según el tipo de cable, se utiliza la siguiente tabla:
Tabla para cálculo de número de amortiguadores
La distancia de la grapa al amortiguador se calcula de acuerdo con
las fórmulas 4.6 y 4.7.
(4.6)
(4.7)
donde
L1 : Distancia del sujetador al primer amortiguador (m)
L2 : Distancia del sujetador al segundo amortiguador (m)
Dc : Diámetro del conductor (m)
Tc : Carga de tensión en el conductor, considerando el creep,
a temperatura EDS. (N).
Pc : Peso del conductor (N/m)
4.8.5 Grapas de suspensión.
Para reducir el riesgo de daño al conductor en las grapas de
suspensión, debido a la oscilación, las grapas deben cumplir con
los siguientes requisitos.
La boca de la grapa debe estar diseñada en forma redondeada y
consistirá de material suave (aluminio).
El momento de inercia debe mantenerse tan bajo como sea posible,
es decir, el eje del pivote en el mismo nivel que el eje del
conductor y en concentración de pequeñas masas hacia el centro de
la grapa.
Además la grapa deberá soportar las fuerzas de deslizamiento
debidas a la condición del conductor reventado.
4.8.6 Espaciadores
Desde el punto de vista eléctrico (efecto corona) los conductores
apareados deben mantener su configuración, también se debe
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prevenir, si es posible, que los conductores puedan colisionar. Es
por estas razones que deben utilizarse espaciadores. Para proteger
el conductor de daños, deben cumplirse los siguientes
requerimientos.
a. Requerimientos eléctricos descritos en el capítulo 5
b. El agarre del espaciador debe tener buenas propiedades
conductoras, suficiente compresión durante su período de vida
y permitir algún movimiento a lo largo de y en ángulos rectos,
con respecto al eje del conductor (semiarticulado). Aún más,
el diseño no deberá disminuir considerablemente la capacidad
del conductor debido a diferentes tipos de oscilaciones
inducidas.
El espaciador debe ser capaz de soportar las fuerzas
electromagnéticas inducidas en los conductores por corriente de
falla.
La división correcta del vano en subvanos es muy importante para
prevenir la generación de oscilaciones.
Las distancias de la torre al espaciador y del espaciador a
espaciador serán calculadas de acuerdo a la tabla 4.6.
Por las mismas razones, la distancia entre los conductores no debe
ser menor a 15 * Dc, donde Dc es el diámetro del conductor.
Tabla 4.6 Longitud de los subvanos para conductores apareados.
Long. vano
(m) Número
de
subvanos
Número de
espaciadores
Longitud del subvano como
porcentaje de la longitud
total del vano (%) desde hasta
0 90 1 0 100
90 180 2 1 50 50
180 270 3 2 27 46 27
270 360 4 3 18.5 31.5 31.5 18.5
360 450 5 4 15.9 20.6 27.0 20.6
450 540 6 5 12.5 16.2 21.3 16.2
21.3 12.5
540 630 7 6 11.2 13.4 15.8 19.2
13.4 15.8 11.2
630 720 8 7 9.4 11.3 13.3 16.0
13.3 16.0 11.3 9.4
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4.9 PROTECCION CONTRA LA RUPTURA DEL CONDUCTOR DURANTE
EL TENSADO
Si los conductores se han dejado mucho tiempo en las roldadas de
tensado antes de que las varillas preformadas sean colocadas,
existe el riesgo de ruptura en los hilos del conductor debido a la
vibración del mismo. Con la finalidad de evitar este riesgo el
posicionamiento debe realizarse antes de 48 horas.
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5 AISLADORES
5.1 ESTÁNDARES Y RECOMENDACIONES INTERNACIONALES
Las publicaciones que se listan a continuación, emitidas por el
Instituto de Estándares Estadounidense, ANSI, la Comisión
Electrotécnica Internacional, IEC, su comité para perturbaciones,
CISPR, y la Organización de estándares internacionales, ISO, son
válidas con las adiciones que se expresan en las siguientes
cláusulas.
ANSI C29.1 Métodos de prueba estándar para aisladores
de potencia eléctrica.
ANSI C29.2 Estándar Nacional Estadounidense para
aisladores de suspensión, fabricación de
porcelana húmeda y vidrio templado.
Publicación 120 IEC Dimensiones de acoples de rótula y bola
para cadenas de aisladores.
Publicación 305 IEC Características de cadenas de aisladores
de tipo de casquete y pin.
Publicación 372-1 IEC Dispositivos de cierre para acoples de
rótula y bola para cadenas de aisladores.
Parte 1: Dimensiones y requisitos
generales.
Publicación 372-2 IEC Dispositivos de cierre para acoples de
rótula y bola para cadenas de aisladores.
Parte 2: Pruebas.
Publicación 383 IEC Pruebas en aisladores de cerámica ó vidrio
para líneas aéreas con un voltaje nominal
mayor a 1000 voltios.
Publicación 437 IEC Prueba de radio interferencia en
aisladores.
Publicación 507 IEC Pruebas de contaminación artificial en
aisladores de alto voltaje para ser usados
en sistemas de corriente alterna.
Publicación 575 IEC Pruebas de rendimiento termomecánico y
rendimiento mecánico en cadenas de
aisladores.
Publicación 797 IEC Resistencia residual de las cadenas de
aisladores de vidrio ó de cerámica en
líneas aéreas después de daño mecánico en
el dieléctrico.
Publicación No. 1 CISPR Especificación para aparatos medidores de
radio interferencia CISPR para el rango de
frecuencia de 0,15 MHz a 30 MHz.
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Publicación 7B CISPR Segundo suplemento a la publicación 7 del
CISPR (1969). Recomendaciones del CISPR.
ISO/R 1101/1 Tolerancia de forma y de posición. Parte
1: Generalidades, símbolos e indicaciones
en esquemas.
5.2 CADENAS DE AISLADORES ESTANDARIZADAS
Las cadenas de aisladores se deben formar con los aisladores tipo
rótula y bola, designados por el ANSI C29.2 – 1983 como clase 52-5
y especificados en la tabla 5.1
En áreas con alta contaminación se utilizan aisladores tipo niebla
con manguito de zinc. Estos aisladores tienen las mismas
características mecánicas y cumplen las mismas especificaciones
que los aisladores normales, sus características principales se
dan en la tabla 5.1.
El voltaje crítico de flameo para las cadenas de aisladores se dan
en la tabla 5.2.
5.3 NIVEL DE RADIO INTERFERENCIA.
Para un voltaje de 20 kV rms a 60 Hz, los aisladores no deben
causar un nivel de ruido mayor a 60 dB sobre 1 μ voltio a una
frecuencia de medición de 500 kHz.
El nivel de radio interferencia (RI) es extremadamente dependiente
de la humedad y el valor dado previamente es válido en una
atmósfera estándar:
Temperatura : 20°C
Presión : 101.3 MPa
Humedad : 11 gramos de agua por metro cúbico
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Tabla 5.1 Aisladores normalizados
DESCRIPCIÓN Un. VIDRIO PORCELANA
STD NIEBLA STD NIEBLA
DIMENSIONES
Diámetro (mm) 255 280 255 255
Paso (mm) 146 146 146 146
Distancia de fuga (mm) 320 445 292 432
VALORES MECANICOS
Resistencia al impacto (m-N) 45 45 10 10
Carga de prueba de rutina (Kn) 55,6 55,6 55,6 55,6
Resistencia M&E (kN) 111 111 111 111
VALORES ELECTRICOS
Baja FREC. Flameo seco (kV) 80 100 80 100
Flameo húmedo (kV) 50 60 50 60
Impulso flameo crítico
Positivo (kV) 125 140 125 150
Negativo (kV) 130 140 130 160
Prueba perforación baja
frecuencia (kV) 130 130 110 130
RADIO INTERFERENCIA
Prueba de voltaje baja
frecuencia (kV) 10 10 10 10
Voltaje Radio Interferencia
1 MHz (V) 50 50 50 50
OTROS
Peso (kg) 4 5,8 5,4 7,3
Designación ANSI 52-5 52-5 52-5 52-5
Tipo de acople J J J J
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TABLA 5.2 Voltaje crítico de flameo (kV)
NÚMERO DE
AISLADORES
VIDRIO
ESTANDAR Y
PORCELANA
NIEBLA
POS NEG POS NEG
8 760 780 835 775
9 860 945 920 860
10 945 930 1005 950
11 1025 1015 1090 1040
12 1105 1105 1175 1130
13 1185 1190 1260 1220
14 1265 1275 1345 1310
15 1345 1360 1430 1400
16 1425 1440 1515 1490
17 1505 1530 1600 1595
18 1585 1615 1685 1670
19 1665 1700 1770 1755
20 1745 1785 1850 1840
21 1825 1870 1930 1925
22 1905 1955 2010 2010
23 1985 2040 2090 2095
24 2065 2125 2170 2180
25 2145 2210 2250 2265
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5.4 REQUISITOS MECÁNICOS
5.4.1 Carga de ruptura
Los aisladores deben cumplir con la carga de ruptura
electromecánica y mecánica especificada en las normas IEC 305 ó en
ANSI C29.2 (111 kN) y que se dan en la cláusula 5.1.2.
5.4.2 Diseño mecánico
Los aisladores deben diseñarse para las mismas combinaciones de
carga que las torres, ver capítulo 6.
Los aisladores se deben diseñar de tal forma que, sin exceder sus
límites de carga mecánica y electromecánica, puedan soportar las
cargas externas multiplicadas por un factor δ = 2,5.
Los factores de carga de la cláusula 3.7 no deben utilizarse para
el diseño de aisladores.
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6 HERRAJES
6.1 PRINCIPIOS DE DISEÑO GENERALES
Los herrajes se diseñarán térmica y mecánicamente para soportar 25
kA durante un segundo con una corriente pico de al menos 60 kA.
Los herrajes se diseñarán de tal manera que el reemplazo de una
cadena de aisladores y de las protecciones contra el arqueo
durante el mantenimiento, la reparación, o en trabajos con la
línea caliente, puedan realizarse fácilmente.
Se deben utilizar tornillos con rosca tipo M.
6.2 DISEÑO TÉRMICO
Los herrajes se dimensionan para una corriente de corto circuito
de 25 kA con una duración de un segundo. Esto significa que cada
conjunto de aisladores soportará tal corto circuito sin que la
temperatura exceda 400°C en los herrajes y sin que se produzca
soldado entre las partes.
En conjuntos de aisladores con protección contra arcos, los
cuernos de arqueo protegerán los aisladores de daño debido a arcos
de alta potencia. Los accesorios de protección podrían alcanzar
una temperatura final que no exceda 650°C durante el corto
circuito.
La función de las protecciones contra arqueo no debe ser alterada
significativamente por el arco de potencia.
6.3 DISEÑO MECÁNICO
La carga mínima permisible para herrajes será igual que para las
unidades de aisladores, es decir 111 kN.
6.4 GRAPAS DE SUSPENSIÓN Y VARILLAS PREFORMADAS
Las grapas de los conductores y del hilo guarda deben tener
libertad para oscilar en el plano vertical. El centro de la
oscilación debe estar cerca del eje del conductor. El ángulo de
rotación será de por lo menos 45°.
El diseño de la grapa debe ser de tal forma que permita la
instalación de un dispositivo adicional para la suspensión de
contrapesos, donde sea necesario.
Las varillas preformadas se instalarán en todas las grapas de los
conductores y del hilo guarda, a menos que se especifique lo
contrario. Para los conductores las varillas preformadas deben ser
de aleación de aluminio, para el hilo guarda de acero revestido en
aluminio.
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6.5 PROTECCIÓN CONTRA ARCOS
En conjuntos de aisladores de tensión se debe utilizar la
protección contra arcos por medio de cuernos de arqueo ó de
anillos. Los cuernos de arqueo ó anillos se colocarán de tal forma
que el arco sea forzado en una dirección predeterminada, hacia
arriba.
Si se utiliza la protección contra arcos en conjuntos de
suspensión normales, en soportes tangentes, debe colocarse de tal
forma que los arcos sean siempre forzados hacia fuera de la cadena
de aisladores, en ángulos rectos con respecto a la ruta de la
línea. En conjuntos de suspensión en soportes angulares, la
protección contra arcos debe colocarse de tal forma que el arco
sea forzado hacia arriba.
En la figura 5.1 se muestran cuatro tipos de protección contra
arqueo. Se recomiendan los tipos 1 y 2, ambos son mejores que el
tipo 3, el tipo 4 no se recomienda.
Para diseñar el área del cuerno o anillo la corriente de corto
circuito será dividida por la densidad de corriente permitida (80
A/mm²) para un tiempo de falla de un segundo. Para otro tiempo de
falla “t” la densidad es 80/√t, mm².
6.6 CONJUNTOS DE AISLADORES ESTANDARIZADOS
6.6.1 Aislamiento
Los conjuntos de aisladores cumplirán las recomendaciones de
aislamiento dadas en el capítulo 2.
6.6.2 Esquemas estándar
Los números de los dibujos para conjuntos de aisladores
estandarizados se dan en las tablas 5.4 y 5.5. Los conjuntos de
aisladores se diseñan para cadenas de aisladores estandarizadas de
acuerdo a la cláusula 5.1.2. Para áreas de alta contaminación, ver
la cláusula 2.2.4, los aisladores normales se cambiarán por los
del tipo antiniebla.
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Tabla 5.4. Conjuntos de aisladores estandarizados para líneas de
138 kV.
Tipo de conjunto de
aislador
Designación y número de
las unidades de aisladores.
Número de
dibujo
ICE
Altitud de 0 a 1000 m.s.n.m.
- Conjunto de suspensión
en soporte tangente CAST138 -1000
- Conjunto de suspensión
en soporte angular CASA138 -1000
- Conjunto en V CAV138 -1000
- Conjunto de tensión CAT138 -1000
Altitud de 1000 a 2000 m.s.n.m.
- Conjunto de suspensión
en soporte tangente CAT138 -2000
- Conjunto de suspensión
en soporte angular CASA138 -2000
- Conjunto en V CAV138 -2000
- Conjunto de tensión CAT138 -2000
Altitud de 2000 a 3500 m.s.n.m.
- Conjunto de suspensión
en soporte tangente CAST138 -3500
- Conjunto de suspensión
en soporte angular CASA138 -3500
- Conjunto en V CAV138 -3500
- Conjunto de tensión CAT138 -3500
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Tabla 5.5. Conjuntos de aisladores estandarizados para líneas de
230 kV.
Tipo de conjunto de
aislador
Designación y número de
las unidades de
aisladores.
Número de
dibujo ICE
Altitud de 0 a 1000 m.s.n.m.
- Conjunto de
suspensión en soporte
tangente
CAST230 -1000
- Conjunto de
suspensión en soporte
angular
CASA230 -1000
- Conjunto en V CAV230 -1000
- Conjunto de tensión CAT230 -1000
Altitud de 1000 a 2000 m.s.n.m.
- Conjunto de
suspensión en soporte
tangente
CAT230 -2000
- Conjunto de
suspensión en soporte
angular
CASA230 -2000
- Conjunto en V CAV230 -2000
- Conjunto de tensión CAT230 -2000
Altitud de 2000 a 3500 m.s.n.m.
- Conjunto de
suspensión en soporte
tangente
CAST230 -3500
- Conjunto de
suspensión en soporte
angular
CASA230 -3500
- Conjunto en V CAV230 -3500
- Conjunto de tensión CAT230 -3500
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Figura 6.1 Ejemplos de protecciones contra arqueo.
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7 REGLAS DE DISEÑO DE TORRES
7.1 RECOMENDACIONES DE DISEÑO GENERAL
Los soportes a ser usados para más de un circuito serán calculados
para el número de circuitos que sea más desfavorable para cada
componente individual del soporte.
El tipo de soporte, auto – soportado, retenido, etc. no es
prescrito en este manual. La elección del tipo de soporte depende
de muchos factores, por ejemplo, terreno plano o montañoso, área
rural o urbana, método de erección, método de tensado y otros.
Todos estos factores analizados conjuntamente indicarán el tipo de
soporte más apropiado para cada ruta individual.
Torres de celosías serán diseñadas de acuerdo con los manuales
ASCE y reporte sobre práctica de la ingeniería número 52, titulado
“Guía para el Diseño de Torres de Transmisión de Acero”, de
acuerdo a su última edición, a menos que se establezca a alguna
otra manera en este capítulo.
7.2 COMBINACIONES DE CARGA
7.2.1 Generalidades
Además de las combinaciones de carga listadas a continuación se
deberán considerar cargas que se produzcan durante el montaje y la
erección del apoyo, así como durante el tensado. Estas cargas
dependen tanto del tipo de soporte como el método de trabajo y no
pueden en general ser prescritas. Ver cláusula 3.5.
La carga del viento será aplicada en la dirección más peligrosa
desde el punto de vista del soporte.
Las cargas dadas serán multiplicadas por un factor de carga “g” de
acuerdo a la cláusula 3.7.
7.2.2 Soportes angulares tangentes y de marcha con juegos
de suspensión que incluyen juegos V.
7.2.2.1 Combinación de Carga 1. Caso de Carga Normal
A. Peso muerto
B. Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.
C. Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4
7.2.2.2 Combinación de Carga 2. Caso de Carga de Conductor
Quebrado.
A. Peso muerto: El vano de peso de los conductores quebrados
puede ser reducido al 50%.
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B. Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.: El vano de
viento de los conductores quebrados puede ser reducido al 50%.
C. Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4
D. Cargas horizontal en la dirección de la línea.
Alambre de protección: Carga horizontal = carga de tensión en el
alambre antes de quebrarse.
Conductor: Carga horizontal = 0,7 por carga de tensión en
conductor antes de quebrarse.
Líneas para un circuito único serán diseñadas para carga
horizontal en una sujeción de alambre de protección junto a las
cargas horizontales de todos los subconductores en una sujeción de
una fase.
Líneas para doble circuito serán diseñadas para carga horizontal
en una sujeción de alambre de protección junto a las cargas
horizontales de todos los subconductores en los puntos de sujeción
de dos fases.
Las pérdidas de fuerza tractiva en el alambre de protección y
conductores se supone que ocurren en el punto de sujeción más
desfavorable para cada parte del soporte. La influencia residual
de otros conductores no será tomada en cuenta.
7.2.3 Soporte de tensión o soporte angular con juegos de
tensión.
7.2.3.1 Combinación de Carga 1. Caso de Carga Normal
A. Peso muerto
B. Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3
C. Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4.
7.2.3.2 Combinación de Carga 2. Caso de Carga de Conductor
Quebrado.
A. Peso muerto: El vano de peso de los conductores quebrados
puede ser reducido al 50%.
B. Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.: El vano de
viento de los conductores quebrados puede ser reducido al 50%.
C. Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4
D. Cargas horizontal en la dirección de la línea: Alambre de
protección: Carga horizontal = carga de tensión en el alambre
antes de quebrarse.
Conductor: Carga horizontal = Carga de tensión en conductor antes
de quebrarse.
Líneas para un circuito único serán diseñadas para carga
horizontal en una sujeción de alambre de protección junto a las
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cargas horizontales de todos los subconductores en una sujeción de
una fase.
Líneas para doble circuito serán diseñadas para carga horizontal
en una sujeción de alambre de protección junto a las cargas
horizontales de todos los subconductores a los puntos de sujeción
de dos fases.
Las pérdidas de fuerza tractiva en el alambre de protección y
conductores se supone que ocurren en el punto de sujeción más
desfavorable para cada parte de soporte. La influencia residual de
otros conductores no será tomada en cuenta.
7.2.3.3 Combinación de carga 3. Tensado
La consideración a esta combinación de carga será dada de acuerdo
a la cláusula 3.5, ya que el tensado puede ser de especial
importancia en este tipo de apoyo.
7.2.4 Soporte Terminal
7.2.4.1 Combinación de Carga 1. Caso de Carga Normal
A. Peso muerto
B. Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.
C. Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4.
D. Carga por fuerzas tractivas desde todos los conductores, a
todos los conductores en un lado del soporte.
7.2.4.2 Combinación de Carga 2. Caso de Carga de Conductor
Quebrado
A. Peso muerto
B. Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3
C. Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4.
D. Carga por fuerzas tractivas desde todos los conductores, a
todos los conductores en un lado del soporte.
E. Pérdida de cargas horizontales en la dirección de las líneas.
La línea de un circuito único será diseñada para pérdida de un
alambre de protección conjuntamente con la pérdida de todos los
subconductores en la sujeción de una fase.
Líneas de doble circuito serán diseñadas para pérdida de un
alambre de protección conjuntamente con la pérdida de todos los
subconductores en los puntos de sujeción de dos fases.
Las pérdidas de fuerza tractiva en alambre de protección y
conductores se supone que ocurren en el punto de sujeción más
desfavorable para cada parte del soporte. La influencia residual
de otros conductores no será tomada en cuenta.
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7.2.4.3 Combinación de carga 3. Tensado
La consideración a esta combinación de carga será dada de acuerdo
a la cláusula 3.5, ya que el tensado puede ser de especial
importancia en este tipo de apoyo.
7.3 REGLAS DE DISEÑO
7.3.1 Miembros y Retenidas
En miembros de acero el límite aparente de elasticidad es escogido
como la tensión máxima permisible con reducciones de acuerdo a la
publicación ASCE número 52, ver cláusula 6.1.
La carga máxima permisible en retenidas es 65% de la resistencia
de quiebre mínima especificada del cable. Las retenidas serán
también diseñadas para la corriente a tierra debido a fallas.
Miembros redundantes sin tensión calculada que soporta miembros de
la pata 0 que soportan otros miembros serán realizados para otra
causa de 1.7% de la carga real en el miembro de la pata o del otro
miembro respectivamente.
7.3.2 Grosor del Material Mínimo Aceptable
Tomando en consideración el riesgo de daño durante el transporte y
el montaje y de daño después de la erección, el grosor de material
para las construcciones de soporte deberá ser no menor que
aquellos dedos en la tabla 6.1
Las ficciones cerradas serán bien drenadas.
Tabla 6.1 Grosor Mínimo de los Miembros
Miembro Sección Abierta Sección Cerrada
Patas principales 6 mm 4 mm
Otros miembros 4 mm 3 mm
Miembros Redundantes 4 mm 3 mm
Escuadras de Refuerzo 5 mm o el grosor mínimo del
miembro conector.
Acero bajo la superficie del
terreno 6 mm 6 mm
7.3.3 Razones de delgadez máximas
La proporción entre el largo no soportado de un miembro y el radio
relevante de giro, L/r, no excederá:
Para miembros de compresión
- Patas principales y crucetas 120
- Otros miembros 200
- Miembros redundantes 250
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Para miembros de solamente tensión 350
7.3.4 Acero bajo la superficie del terreno
Las siguientes indicaciones se refieren a acero en el enrejado,
etc., y no se aplica o no es válido para acero sumergido en
concreto.
El acero bajo la superficie del terreno será protegido de la
corrosión de acuerdo a lo especificado en el capítulo 7, y cuando
se use toma de tierra equilibrada de cobre de acuerdo al capítulo
8.
Al diseñar acero galvanizado bajo tierra en condiciones de terreno
severas el grosor calculado será incrementado con un mínimo de 2
mm como una seguridad contra la corrosión. Se dará a consideración
también cuando se diseñen uniones con perno, donde tanto el
diámetro del perno como el grosor del material ponen que han sido
corroídos. A medida que la corrosividad del terreno puede varias
grandemente dependiendo del tipo de tierra o de agua en el suelo,
lo anterior puede ser tomado únicamente como una guía.
7.3.5 Uniones unidas por perno
La carga máxima permisible será calculada de acuerdo ASCE No. 52
ver cláusula 6.1
Las uniones con pernos podrán tener solamente un perno.
Los pernos para fuerzas tangenciales normalmente no tendrán rosca
en aquella parte del eje que corresponda al hoyo de la tuerca. La
rosca termina bajo la arandela o en alguna otra forma fuera del
material tensionado. Es aceptado que la rosca termine hasta 5 mm
dentro del material, pero no más de un tercio del grosor del
material. En este caso el área transversal bruta de la tuerca
podrá ser usada, en otros casos el área desde la raíz de la rosca
será aplicada.
El perno será de tal longitud que la tuerca después de haber sido
ajustada tenga un largo por fuera del perno que sea tres veces el
paso de la rosca del tornillo. El tornillo tendrá una arandela
plana y una de presión en el lado de la tuerca.
El ajuste será realizado con un torque tal que posibles
acumulaciones de cinc o rayones sean nivelados y la unión sea
cerrada.
Se recomienda asegurar la tuerca por medio de dos golpes en la
rosca con un cincel o troquel o de alguna otra manera de
asegurarse.
Los perfiles de las roscas serán aquellos de acuerdo al estándar
ISO o ASTM. Las dimensiones del tornillo preferidas son las m12,
m16, m20 y m24.
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La distancia mínima del centro del hueco de la tuerca a un extremo
es 1,5 veces el diámetro de la tuerca. La distancia mínima entre
huecos para uniones con varios tornillos es tres veces el diámetro
del tornillo. Las distancias escogidas serán consideradas al
calcular la tensión del cojinete.
El diámetro del hueco de la tuerca no será mayor que el diámetro
de la tuerca más 1,5 milímetros.
7.3.6 Postes
7.3.6.1 Postes de acero
Los postes de acero serán diseñados y fabricados de acuerdo con
los manuales y reportes ASCE en práctica de ingeniería número 72,
diseño de estructuras de soporte de transmisión en acero, última
edición a menos que se establezca a alguna otra manera en este
capítulo.
Los postes de acero serán calculados con un programa de
computadora que considere los efectos de desplazamientos largos y
la variación en la dureza de las secciones transversales a lo
largo del poste.
El diseño incluirá instrucciones para el transporte y erección del
mismo.
7.3.6.2 Postes de concreto
Un soporte de concreto puede tener reforzamiento no tensado o
reforzamiento pretensazo. Las ventajas con el concreto pretensazo
son la resistencia a la corrosión, la mayor fuerza y peso más
liviano que los de concreto reforzado no tensado.
Los cálculos considerados en los efectos de desplazamiento largo y
la variación en la dureza de la sección transversal a lo largo del
poste. La fuerza máxima de una sección transversal será calculada
de acuerdo a la publicación ATI 318, requerimientos del código de
construcción para concreto reforzado.
Postes pretensazos no se desquebrajan para carga bajo transporte
erección y de acuerdo a las combinaciones de carga 1 y 3 en la
cláusula 6.2 pero con todos los factores de carga G = 1.0, por
ejemplo cargas de trabajo. El momento de resquebrajamiento es
cuando el esfuerzo de tracción en el extremo fibra del concreto
alcanza su módulo de ruptura.
Para postes de concreto pretensazo las reglas serán seguidas en la
guía para el diseño de postes de concreto pretensazo preparados
por el comité PSI sobre postes de concreto pretensados.
El diseño incluirá instrucciones para el transporte y la erección.
Los puntos de sujeción recomendados son dados en la figura 6.1.
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7.3.6.3 Postes de madera
Los postes de madera serán diseñados de acuerdo a ANSI 0, 51,
postes de madera – especificaciones y dimensiones.
La carga máxima permisible será calculada con la tensión de fibra
y el módulo de elasticidad de acuerdo a ANSI, multiplicado por
0,7.
7.4 MATERIAL Y FABRICACIÓN
7.4.1 Generalidades
Las reglas generales para la fabricación, garantía de la calidad y
control de la misma son dadas en ASCE No. 52 referente a torres de
celosías.
7.4.2 Material en miembros de acero
El acero para los soportes y los pernos cumplirá con los
requerimientos en los estándares ASTN. Los requerimientos
generales son dados en ASTM A6.
Con la finalidad de reducir el riesgo de confusiones de material,
solamente dos clases de perno son normalmente utilizadas.
Categorías de clases apropiadas son un acero de baja tensión con
un límite aparente de elasticidad de cerca de los 250 N-mm² y un
acero de alta tensión con un límite de acerca de 345 N-mm².
La calidad del acero para cada categoría de resistencia es
escogida de tal manera que se evite el riesgo de fractura
quebradiza, por ejemplo, el acero tendrá una buena resistencia a
los impactos. Si el acero ha de ser soldado, esto deberá ser
tomado en consideración al escoger su calidad.
La resistencia a la tracción máxima en las tuercas y los tornillos
será de 500 – 700 N- mm² el mismo grado de resistencia será usado
para todas las tuercas y tornillos en una línea de transmisión. La
tuerca tendrá la misma resistencia que el tornillo. Tuercas
especiales como tuercas de gancho o tuercas de ancla, las cuales
no pueden ser confundidas con otros tornillos pueden tener una
resistencia diferente.
La resistencia, máxima en alambre de retenida será de un mínimo de
600 N/ mm².
7.4.3 Fabricación de miembros de acero
Las partes estructurales serán bien alineadas antes de ser
ajustadas. Durante este ajuste, las partes no deberán ser forzadas
a su posición en una manera tal que ocurra deformación o tensión
inaceptable.
El alineamiento será llevado a cabo a una temperatura mayor a los
18°C si el grosor del material, en lo que se refiere al acero
plano y de placa, no excede 20 mm.
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Acero plano y de placa con un grosor del material que sea el valor
antes establecido, así como acero de sección (sin importar su
dimensión) será alineado al rojo vivo.
El doblado, prensado u operaciones similares en el estado frío es
permitido únicamente si las pruebas han demostrado que el material
puede soportar el trabajo en frío sin que ocurran
resquebrajamiento o tensiones peligrosas las cuales en
colaboración con subsecuente galvanización puede producir la
formación intergranular de resquebrajaduras.
El corte y troquelado no será llevado a cabo a una temperatura del
acero menor a +5°C.
Dibujo en frío con la finalidad de alargar el material no deberá
ser aplicado.
El tratamiento por calor no es permitido a menos que sea
particularmente especificado y acordado en cada caso individual.
Las partes componentes de la construcción de acero que no están
ampliamente dimensionadas, serán ajustadas con la ayuda de
patrones cuidadosamente diseñados.
Para verificar que las partes componentes en una torre tienen un
ajuste apropiado y son fáciles de ensamblar, una torre completa
será fabricada y galvanizada para montaje en taller. El comprador
será invitado en ensamblaje en taller.
7.4.4 Uniones Atornilladas
Para uniones atornilladas, ver también la cláusula 6.35. Todos los
huecos para tuercas serán taladrados cuando el grosor del material
exceda 13 mm. Cuando el grosor del material sea menor o igual a 13
mm, los huecos podrán ser troquelados si el diámetro que exceda el
grosor del material es permitido.
Si es mostrado que el troquelar huecos no produce quebraduras o
hace quebradizo el material, el troquelado en material más grueso
que 13 mm puede ser permitido hasta un diámetro por lo menos 3 mm
menos que el diámetro nominal y luego deberán ser hechos con
taladro hasta su diámetro normal.
Los huecos en las arandelas espaciadoras pueden ser siempre
troquelados.
Huecos erróneamente taladrados no podrán, ni total ni
parcialmente, ser rellenados con soldadura.
Para estructuras de acero galvanizado es importante que las varias
partes tengan un buen ajuste, ya que la galvanización será dañada
si son necesarios trabajos especiales en el lugar de erección
antes de ser ajustados.
La entrega incluirá 5% extra de tuercas, tornillos y arandelas.
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7.4.5 El soldado
Podrá ocurrir únicamente donde haya sido especificado
particularmente en los planos y será llevado a cabo por soldadores
con competencia comprobada. El método usado, a menos que sea
especificado de alguna otra forma, será el método por arco manual
con electrodos revestidos.
Las protuberancias y resquebrajaduras que son puntos de ataque
para la corrosión y que pueden constituirse en “bolsillos ácidos”
con el galvanizado por inmersión en caliente, deberán ser sellados
con soldadura.
7.4.6 Galvanización por inmersión en caliente
La galvanización por inmersión en caliente se realizará de acuerdo
con el estándar ASTM A 123 y A 153. El estándar ASTM a 143 provee
los lineamientos generales para evitar la fragilización del
material.
El peso del revestimiento de cinc tendrá en promedio 610 gramos
por metro cuadrado y un mínimo de 550 por metro cuadrado para
acero y un promedio de 381 g/m² y un mínimo de 305 g/ m² para
tornillos, tuercas y arandelas.
Las construcciones galvanizadas por inmersión en caliente tendrán
un revestimiento continuo y adhesivo, tan parejo como la forma y
las propiedades lo permitan. Las superficies de contacto estarán
libres de impurezas de flujo y acumulaciones de cinc duro o de
cinc. Después de la galvanización la construcción será limpiada
para permitir su manejo sin el riesgo de lesión en la mano.
Los compartimientos cerrados serán provistos de huecos de
ventilación en virtud del riesgo de explosión durante el
calentamiento en el tanque del cinc.
Para dar espacio a la capa de cinc, la rosca de las tuercas se
hará de un tamaño mayor sobredimensionado. Después de la
aprobación del comprador este podrá ser cambiado a un tornillo de
tamaño más pequeño. La tuerca sobredimensionada o el tornillo
subdimensionado respectivamente serán claramente marcados para
evitar confusión.
Por medio de la pintura con pintura rica en cinc la protección
contra corrosión puede ser mejorada para material no galvanizado,
previamente galvanizado o construcciones galvanizadas o partes
construccionales con daño a la capa de cinc.
El principio de esta protección es el mismo que para la
galvanización del acero, o sea, una protección contra la corrosión
catódica es obtenida.
La pintura debe tener una alto contenido de cinc, cerca del 95%
calculado para la pintura seca, con la finalidad de que el
contacto eléctrico sea obtenido entre partículas adyacentes de
cinc, la capa de cinc y la superficie de acero.
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El pintado con pintura rica en cinc requiere protección cuidadosa
con superficies apropiadamente secas y limpias.
La pintura rica en cinc no será aplicada a superficies que puedan
ser sujetas a abrasión.
7.4.7 Equipo de soporte
Cada soporte será ajustado con símbolos de tipos diferentes con la
información acerca del dueño de la línea, el código de la línea,
el número de soporte, el tipo de soporte, el peligro, el escalado
seguro y los cruces.
La placa básica en todos los soportes será una placa de acero
grueso de 350 x 220 mm de 2 mm de grosor colocada 3 metros por
encima de la superficie. La placa tendrá letras negras en un fondo
amarillo. El texto de la placa incluirá lo siguiente.
- Dueño de la línea (ICE Costa Rica)
- Voltaje
- Código de la línea o nombre
- Tipo de soporte
- Número de soporte
Para advertirle al público en general, una placa con la palabra
PELIGRO y el voltaje será instalada en los lugares más
frecuentemente visitados por la gente. La placa será de por lo
menos 200 x 200 mm y será colocada a 1,5 metros sobre la
superficie. La placa tendrá letras negras con fondo amarillo.
Si la distancia de seguridad a las partes vivas durante el
escalado es muy pequeño, entonces un rótulo de advertencia será
colocado en dicho punto.
Para fines de patrullaje aéreo, cada quinto soporte será provisto
con una placa con número de soporte que sea perfectamente visible
desde un aeroplano. En los puntos de cruce, una placa con el
código de línea será colocada que sea igualmente visible desde un
aeroplano. Estas placas serán de 200 mm de alto con letras de 160
mm de alto en un fondo amarillo. En los cruces o en otros
obstáculos, señales de advertencia de acuerdo al manual de
mantenimiento cláusula 4, 7 serán colocadas.
Excepto por la señal de peligro las placas serán colocadas de tal
manera que sean legibles en la dirección de la línea hacia el
soporte más alto en número y colocadas en la pata principal
izquierda. Para líneas de circuito doble con diferentes códigos de
línea y números de soporte habrá placas separadas tanto en la pata
principal izquierda como la derecha.
Pernos de grada o escalera y de ser especificado, un dispositivo
antiescalamiento 3 metros por encima de la superficie serán
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instalados en cada soporte. El dispositivo antiescalamiento
consistirá de 3 vueltas de alambre de púa alrededor de la base del
soporte.
De ser especificado el vano entre dos soportes será instalado con
dispositivos de advertencia para los aeroplanos. Estos
dispositivos serán rojos con un diámetro de 0,5 m y colocados cada
130 metros desde el soporte.
7.5 POSTES
Ver los documentos referidos en la cláusula 6.3.6.
Los postes de madera serán tratados a presión a todo lo largo por
medio de un proceso de célula – vacía de acuerdo con AWPA C4. Los
postes estarán limpios y secos después del tratamiento. Los postes
húmedos que aún gotean serán rechazados. Los siguientes estándares
de la asociación de conservacionistas de la madera (AWPA) se
aplicarán a esta situación.
C4 Postes. Tratamientos preservativos por medio de procesos
de presión.
M1 Estándar para la compra de productos de madera tratada.
M2 Estándar para la inspección de productos de madera
tratados
P1-P13 Estándar para creosota de brea de carbón para la tierra
y agua fresca y marina (uso de agua costera).
P8 Estándares para preservativos provenientes de aceite.
P9 Estándares para solventes y fórmulas para sistemas
preservantes orgánicos.
7.5.1 Pruebas a los soportes
Cada tipo de torre de celosía y de soporte de concreto será
generalmente probado antes de la aprobación final a su diseño y a
planos.
Una excepción a esta regla puede ser permitida después de la
aprobación por el comprador.
Prueba de carga de los soportes y de otras estructuras serán
ejecutadas de acuerdo a la publicación 652 del IES, Pruebas de
Carga de Torres para Líneas Aéreas.
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81/112
Figura 6.1 Manejo de postes de concreto. Longitud del poste 18-31
metros.
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6 – {SIDA ¦ 1} (15)
6-8 m
F
Dos grúas
LEVANTAMIENTO
2 m 2 m
F F
ALMACENAMIENTO
Una grúa
3 m 5-8 m 3 m 5-9 m 5-8 m
Arrastrando en
suelo sin piedra
TRANSPORTE EN TERRENO
2 m
F
Rueda en la base
Suspendido en la grúa 2 m
F
2 m
F
2 m 6 m
F
L/4
F
ERECCION CON UNA GRUA O UNA GRUA ARTICULADA
Manual de Diseño Diciembre 1993
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82/112
8 FUNDACIONES REGLAS DE DISEÑO
8.1 GENERALIDADES
En los reportes y manuales ASCE sobre Práctica de la Ingeniería
No. 52: Guía para el Diseño de Torres de Transmisión de Acero y
ASCE No. 72: Diseño de Estructuras de Postes de Transmisión de
Acero, algunas reglas generales son dadas sobre el diseño y las
pruebas de fundaciones.
8.2 TIPOS DE FUNDACIONES
8.2.1 Generalidades
Las fundaciones pueden generalmente ser divididas en los
siguientes grupos:
- Enrejado de acero
- Atenuador y chimenea
- Fundación sobre pilotes
- Ancla de roca
- Ancla de retenida
- Fundación de poste
8.2.2 Enrejado de acero
Las ventajas del enrejado de acero son que pueden ser producido en
masa y ser montado en el campo.
Las fuerzas tangenciales del sistema de sujetamiento por encima
del suelo son transferidas a tensión excéntrica bajo el enrejado y
también el riesgo de deslizamiento tiene que ser considerado.
El enrejado de acero es permitido a una presión del suelo máxima
permisible equivalente ó mayor que 150 kPa. Para presiones del
suelo entre 100 y 150 KPA, el enrejado será empotrado en concreto.
Las torres de tensión con ángulos de línea mayores a 10 grados
tendrán siempre fundaciones de enrejado para cargas de
levantamiento sumergidas en concreto.
8.2.3 Atenuador y Chimenea
La conexión de la torre a las fundaciones de concreto se realizará
por medio de un trozo angular de acero. El trozo angular no será
menor que el miembro de la pata de la torre al cual se conecta y
será galvanizado por inmersión en caliente a todo lo largo.
El anclaje del trozo angular será provisto con abrazaderas
atornilladas al trozo para proveer una unión adecuada con el
concreto.
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83/112
La chimenea terminará 300 mm por encima del nivel del suelo y será
reforzada para cargas máximas de levantamiento y tangenciales.
Este tipo es recomendado para una presión de suelo máxima
permisible menor a 100 KPA.
8.2.4 Fundación sobre pilotes
Una fundación sobre pilotes consiste de una placa y una chimenea
de concreto reforzado soportados por pilotes, los que normalmente
son del tipo de concreto prefabricado reforzado.
Los pilotes podrían ser pilotes flotantes o del tipo de soporte
terminal.
Los pilotes están empotrados no menos que 100 mm en la placa de
concreto.
Los pilotes de tensión estarán anclados firmemente en la placa.
8.2.5 Ancla de roca
El ancla de roca consiste de barras deformadas firmemente asidas a
la roca y con una chimenea con un trozo angular de acero por
encima del suelo.
8.2.6 Ancla de retenida
El ancla de retenida habrá de resistir la carga de halado en la
dirección de la retenida. El ancla de retenida puede ser una barra
de anclaje teniendo en un extremo un enrejado de acero o una placa
de concreto.
8.2.7 Fundación de poste
Las cargas principales en una fundación en estructuras de postes
son momento de vuelco, fuerza tangencial lateral y fuerza de
reacción vertical. Cuando las deflexiones sean de gran
importancia, la fundación deberá ser diseñada de acuerdo con la
interacción simultánea del poste y la fundación.
Lo más común es el empotramiento directo con un relleno de tierra
compactada o concreto. Para cargas verticales grandes una placa
final podría ser necesaria.
8.3 INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS
En cada sitio donde se planee la instalación de una torre, las
investigaciones geotécnicas necesarias serán realizadas para
determinar la capacidad de soporte y la densidad de masa del
suelo, así como la posible aparición de agua freática y su máximo
nivel. Si el tipo de suelo reposa sobre una base de roca sólida a
una profundidad razonable, esta profundidad será también
determinada.
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8.4 MATERIAL
8.4.1 Concreto y reforzamiento
El material será escogido en función de las condiciones válidas a
lo largo de la línea.
El concreto será hecho de cemento Pórtland de acuerdo a ASTM C150,
Clase Tipo I ó III. La resistencia de cilindro será de al menos 21
MPA.
El reforzamiento consistirá de barras deformadas de acuerdo a ASTM
A 615 y A 616 con grado 40 ó 60.
A menos que sea especificado de alguna otra manera, el diseño y la
ejecución del concreto y el reforzamiento así como el
abastecimiento y prueba del cemento y otros materiales para el
concreto deberán cumplir con ACI 318: Requerimientos del Código de
Construcción con Concreto Reforzado.
8.4.2 Acero en enrejado
Las fundaciones de acero que no estén completamente empotradas en
el concreto serán protegidas efectivamente contra el ataque de la
corrosión.
La corrosión en el suelo es, en general, mayor que en el aire y
las condiciones de corrosión son considerablemente más
complicadas. La elección de la protección contra la corrosión
deberá por lo tanto, de ser posible, ser precedida de una
investigación para determinar las propiedades del suelo.
Una construcción de acero enterrada en el suelo se herrumbra a
diferentes grados dependiendo de las propiedades carácter del
suelo. En arena o grava bien drenada, o en tierra con movimiento
insignificante de agua freática, la corrosión será mínima. La
corrosión aumenta a medida que aumenta el contenido de humedad en
el suelo y con el aumento en el movimiento de agua freática. La
corrosión también aumenta a medida que la conductividad del suelo
aumenta. Un mayor contenido de sales disueltas aumenta la
conductividad y, por lo tanto, la corrosión. La corrosión también
aumenta a medida que la acidez del suelo aumenta.
En general, si no es especificado de otra manera, la galvanización
por inmersión en caliente será pintada con pintura de brea
(Bituminosa) hasta un nivel de 150 mm por encima de la superficie
del suelo. El grosor de la pintura será de al menos 1 mm. La
pintura no cubrirá las superficies de contacto entre las barras ni
entre estas y los sujetadores de puesta a tierra.
Ver también la cláusula 7.3.4.
En condiciones severas del suelo, un alambre de control será
montado (ver cláusula 5.4 en el Manual de Mantenimiento) de no ser
especificado de otra manera.
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8.5 COMBINACIONES DE CARGA
Las fuerzas sobre la fundación son calculadas para las mismas
combinaciones de carga que para las torres y postes, ver cláusula
6.2, pero con un factor de carga mayor de acuerdo a la cláusula
3.7.
Las fuerzas sobre la fundación serán iguales o menores que las
cargas máximas calculadas de acuerdo a las cláusulas 7.6 y 7.7.
8.6 TENSIÓN MÁXIMA PERMISIBLE
8.6.1 Concreto y reforzamiento
La carga máxima permisible será calculada de acuerdo a la cláusula
ACI 318. En ese estándar, la resistencia de cilindro del concreto
y el límite aparente de elasticidad del reforzamiento son los
valores de referencia básicos.
8.6.2 Acero en el enrejado y en los tornillos de ancla.
La carga máxima permisible para el acero en tornillos de enrejado
y de anclaje será calculada de acuerdo a la cláusula 6.3.
8.6.3 Suelo
Tanto como sea posible en cada caso individual, la tensión máxima
permisible deberá ser corroborada por medio de pruebas.
Para condiciones de suelo normales, una presión del suelo máxima
permisible de 150 KPA puede ser usada.
Normalmente no es necesario considerar el asentamiento en
fundaciones en suelos de tipo de fricción. Para fundaciones en
suelos de tipo cohesivo, suelo ligeramente compactado, y en
material de relleno, el riesgo de niveles de asentamiento
peligroso será siempre considerado.
Lo que se ha dicho sobre el asentamiento, se aplica en particular
a fundaciones de torres las cuales tendrán que soportar
principalmente cargas unilaterales en forma prolongada; tales como
soportes terminales y angulares, y para fundaciones de torres
estáticamente indeterminadas con bases separadas para cada una de
las cuatro patas principales. Estas torres son particularmente
sensitivas a los movimientos disparejos de las fundaciones.
8.7 ESTABILIDAD DE LA FUNDACIÓN
8.7.1 Cargas de Levantamiento
La carga de levantamiento será siempre igual a o menor que la
fuerza de anclaje máxima.
Si la fuerza de anclaje máxima se determina mediante pruebas, las
condiciones de la prueba no serán más favorables que las
condiciones reales.
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8.7.2 Fundación de suelo
La fuerza de anclaje máxima puede ser calculada como el peso de
una pirámide truncada invertida de tierra con un área inferior
igual a la base de la fundación y cuyos lados tendrán un ángulo
que dependerá del tipo de suelo. La fuerza podrá ser calculada o
determinada mediante pruebas.
Si aguas freáticas están presentes, esto deberá ser tomado en
consideración y la densidad de masa deberá ser reducida a la
densidad sumergida.
La densidad de masa del suelo no se asumirá que sea mayor que lo
que se pueda juzgar que lo que corresponde a la realidad en cada
caso individual.
Para condiciones de suelo normales la densidad es de 1500 kg/m³
sobre la capa de agua freática y de 800 kg/m³ por debajo de la
misma. El ángulo de tronco (frustum) máximo es de 20°.
8.7.3 Fundación de roca
Las fundaciones de roca serán ancladas de tal manera que los
tornillos de anclaje no se deslicen y que la base de la roca no
sea dañada por las tensiones para las cuales la fundación es
diseñada.
Las investigaciones que sean necesarias serán realizadas para
determinar la densidad de masa de la roca, su grado de
agrietamiento y su capa de agua freática.
La influencia del agrietamiento en el contrapeso de la roca será
tomado en consideración reduciendo el ángulo de tronco (frustum)
de 45° a 30° normalmente.
Las pruebas de carga necesarias serán realizadas para confirmar la
carga máxima calculada teóricamente para anclajes en los
diferentes tipos de roca.
8.7.4 Momento de vuelco
El momento de vuelco será igual o menor que el momento de
estabilidad máximo calculado de acuerdo un programa de computadora
EPRI o la teoría desarrollada por J. Brinch Hansen.
En suelo no compacto puede ser necesario aumentar el diámetro en
el suelo por medio de grava compactada o concreto.
8.8 EXCAVACIÓN
Cuando se excava para fundaciones la capa de suelo bajo la
fundación no deberá ser alojada. Donde este aflojamiento del suelo
no pueda ser evitado, entonces será completamente compactado antes
de que los trabajos de concreto ocurran. El aflojamiento de las
capas del suelo alrededor de la fundación deberá también ser
evitado lo más posible.
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El suelo de relleno no recupera inmediatamente sus propiedades de
resistencia originales aun cuando es completamente compactado. Si
la fundación se espera que esté expuesta a grandes cargas de
levantamiento o de vuelco antes del que el relleno inferior haya
tenido el tiempo para consolidarse, se deberá tomar en
consideración esta situación al diseñar la fundación.
En tipos de suelo no compactos con bajos pesos volumétricos, el
material de relleno puede ser reemplazado por tierra con un peso
volumétrico mayor.
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7 – {SIDA ¦ 1} (8)
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88/112
9 ATERRIZAJE FUNCIONAL Y DE PROTECCIÓN
9.1 GENERALIDADES
El aterrizaje de la línea se compone tanto del “aterrizaje
funcional” para obtener seguridad aceptable contra la rayería por
medio de la desviación de las corrientes que se producen, y del
“aterrizaje de protección” contra sobrevoltajes.
En general, el sistema de aterrizaje deberá cumplir los siguientes
requisitos:
- Guía 80 IEEE, Guía para la seguridad en aterrizaje de
subestaciones. Instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos, Nueva Cork, 1976.
- Proyecto EPRI 1491-1, Octubre 1982: Aterrizaje de líneas de
transmisión, volúmenes 1 y 2.
Los techos de casas, cercas, puertas u otros objetos metálicos en
las propiedades cercanas a la línea de transmisión deben
aterrizarse de acuerdo al criterio del I.C.E.
9.2 DIMENSIONES Y CONFIGURACIÓN GENERAL DE LOS
CONDUCTORES A TIERRA
9.2.1 Dimensiones
El área de los conductores de tierra subterráneos se escoge de
acuerdo a la magnitud de la corriente de falla a tierra. Como se
mencionó en el capítulo 5, el cálculo de la corriente de falla a
tierra es de 25 kA, con una duración de 1 segundo.
Debido a que el riesgo de corrosión es alto, los conductores a
tierra para el “aterrizaje funcional” consisten de varillas y
cables de cobre o revestidos de cobre. Para “aterrizaje de
protección” se deben utilizar cables de acero.
Los conductores revestidos de cobre deben cumplir los requisitos
de la norma ASTM B 227 Y B 228, grado 40 HS (alta resistencia).
Los cables para conectar las torres a las varillas de aterrizaje,
electrodos de tierra o contra-antenas continuas, deben tener un
área mínima de 50 mm² tanto como conductores de cobre como en los
conductores revestidos en cobre. Los electrodos de tierra o
contra-antena continua deben tener un área mínima de 35 mm².
Los conductores de acero deben tener un área mínima de 50 mm² y
cumplir los requisitos de la norma ASTM A 475, grado HS, clase B.
Las varillas de puesta a tierra están compuestas de un núcleo de
acero de alta resistencia con una capa exterior de cobre puro,
sujeta fuertemente al núcleo y con rosca externa en ambos
extremos. La capa de cobre debe tener un espesor mínimo de 0,3 mm.
Las varillas de puesta a tierra deben tener un diámetro de 16 mm y
un largo de 3,0 metros.
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Las conexiones subterráneas pueden ser atornilladas. Se pueden
utilizar grapas de presión y conexiones soldadas. Todas las
conexiones, grapas y descargadores de chispa (spark gap), deben
diseñarse de tal manera que soporten térmica y mecánicamente la
corriente antes mencionada.
9.2.2 Conexión de los conductores de tierra a las torres
El conductor a tierra se conecta a la pata de la torre por medio
de un conductor vertical. Para compensar el posterior estiramiento
del conductor vertical, debido al asentamiento del relleno de la
fundación, el conductor puede colocarse directamente bajo la
superficie de la tierra y dando una vuelta pronunciada alrededor
de cualquier esquina de la construcción.
Si las torres tienen fundaciones de concreto o acero, el conductor
de cobre se conecta directamente a la torre. Dichas fundaciones
pueden pintarse con bitumen frío. La conexión puede ser colocada
0,2 metros bajo el nivel del suelo.
Si no existe este tipo de fundación el conductor de cobre se
conecta a la torre por medio de un descargador de chispa, de esta
forma se protegen las partes de acero contra la corrosión debida a
las corrientes galvánicas. El descargador de chispa debe estar
colocado sobre el nivel del suelo, de manera que esté accesible al
mantenimiento.
El conductor de acero para el “aterrizaje de protección” se
conecta directamente a la torre a 0,2 metros bajo el nivel del
suelo.
Cuando un conductor de cobre se conecta a la torre por medio de un
descargador de chispa, el conductor debe aislarse con un tubo
plástico (PVC). El descargador de chispa no debe ser de más de 2
mm (tolerancias +0, -1). El tubo plástico debe aislar al conductor
de aterrizaje de la pata de la torre, desde el punto de conexión,
hasta un punto que esté aproximadamente a 0,5 metros de la pata de
chispa se muestra en la figura 8.2
Conductores de cobre no aislados que se coloquen subterráneamente
no deben situarse a menos de un radio de 0,5 metros de las partes
de acero de la torre o de las fundaciones de acero. Si los
conductores de cobre o revestidos en cobre se cruzan con
conductores de acero enterrados (por ejemplo, anillos
protectores), el aislamiento debe extenderse para llegar por lo
menos a 0,5 metros más allá del punto de cruce.
9.2.3 Profundidad de los conductores a tierra enterrados
Los conductores a tierra para el “aterrizaje funcional” deben
enterrarse a una profundidad de al menos 0,5 metros, y en tierra
agrícola, a una profundidad de al menos 0,8 metros. Los
conductores de los anillos a tierra para el nivelamiento del
potencial a tierra deben enterrarse a una profundidad de 0,2 – 0,3
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metros con un máximo de 0,5 m. En terrenos difíciles el conductor
debe enterrarse tan profundamente como sea posible.
Se debe evitar el colocar conductores de cobre o recubiertos con
cobre sobre la superficie de placas de roca. De no ser posible, el
conductor debe ocultarse en una zanja que tenga una profundidad de
80 mm y debe cubrirse con concreto.
9.2.4 Cruces
9.2.4.1 Tuberías de agua
Los conductores a tierra pueden cruzar tuberías metálicas de agua
potable o de aguas negras.
Las contra-antenas no deben cruzar tubos metálicos de agua potable
o aguas negras pequeños. Para posibilitar el cruce, una sección de
la tubería debe ser reemplazada por tubo plástico.
9.2.4.2 Cables eléctricos y electrodos a tierra
Los conductores a tierra pueden cruzar cables de potencia de 10 kV
o voltaje superiores.
Los conductores a tierra no deben cruzarse con cables de
telecomunicaciones o cables para voltajes inferiores a 10 kV sin
una investigación especial y aprobación del I.C.E.
Los conductores a tierra deben colocarse a 0,5 metros por debajo
de los cables que se cruzan a lo largo de un tramo de
aproximadamente 5 metros de cada lado del cruce.
La distancia de los conductores de tierra a los electrodos de
tierra para redes de bajo voltaje no debe ser menor a 100 m, y la
distancia a cables de telecomunicaciones no debe ser menor a 50 m.
Si son necesarias distancias más cortas en casos especiales, se
deben realizar investigaciones que deben aprobarse por el I.C.E.
Como se menciona en el Capítulo 2, cláusula 2.4.3, la distancia
entre los sistemas a tierra de las torres de dos líneas de alto
voltaje debe ser de al menos 50 metros. Si es necesario disminuir
esta distancia, debe realizarse un estudio detallado en cada caso.
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10 SERVIDUMBRE
10.1 OBJETIVO
Área necesaria para la construcción, operación y mantenimiento de
la línea de transmisión con todos los requisitos de seguridad
propia y de terceros.
10.2 ANCHO DE LA SERVIDUMBRE
El ancho de la servidumbre debe establecerse para cada tramo
(estructuras comprendidas entre dos torres de remate) de acuerdo
con las condiciones geográficas y metereológicas de cada zona por
donde pasa una determinada línea de transmisión.
Para este efecto debe considerarse la máxima velocidad de viento
que es posible que se dé en la región, así como la tensión
correspondiente del conductor, el tamaño de los vanos y el voltaje
de la línea.
El ancho de la servidumbre debe establecerse mediante el empleo de
la siguiente ecuación:
(10.1)
donde:
L : ancho de la servidumbre.
b : distancia horizontal entre el eje del soporte al punto
de fijación del conductor más alejado del eje.
d : desplazamiento máximo del conductor.
D : distancia horizontal mínima de un objeto al conductor.
Para el cálculo de la proyección horizontal del conductor (d) se
debe emplear la siguiente ecuación:
(10.2)
donde:
la : longitud de la cadena de aisladores
f : flecha del conductor calculada a una temperatura
ambiente de 25°C y para un vano igual al mayor de los
vanos que componen el tramo
θ : ángulo de oscilación de la cadena de aisladores.
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L
d D
Figura 2. Ancho de servidumbre para líneas compactas de 1
circuito.
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La ecuación (1) se puede adaptar a tres tipos de terreno:
a) Terreno plano donde “D” debe tomarse de los valores indicados
en la tabla IV-2 y el valor “d” debe ser calculado de acuerdo
con la ecuación No. 2.
b) Terrenos ondulados donde D = 0.
c) Terreno quebrado donde D = 0 y d = 0.
10.3 CORREDOR
Al ancho de la servidumbre (área marcada con “3” en la figura 3)
calculado de la ecuación (10.1) debe agregársele una longitud
adicional “l” (áreas marcadas con”1” y “2” en la figura 3). El
área formada por “l” y la longitud de la línea de transmisión se
denomina “corredor”. El corredor tiene como objetivo evitar que
árboles que crezcan a los lados de la línea puedan caer sobre los
cables. Por esta razón la única restricción que se establece en
esta área es la limitación al tamaño de los árboles. Su ancho
varía con la forma del terreno y la altura máxima que se puede
esperar que crezcan los árboles en la región (ver figura 3).
El ancho del corredor se calcula mediante el empleo de la
siguiente ecuación:
(10.3)
donde:
l : ancho del corredor (m)
h : altura del árbol (m)
A : distancia vertical del conductor al suelo (m²)
b : separación horizontal entre fases (m)
L : ancho de la servidumbre (m)
β : ángulo de inclinación del terreno. Medido en el sentido
de las agujas del reloj.
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b
l1
L/2
L/2
l2
A1
h1
h2A2
B
L
b
l1
l2
1
3
2
O1 O2
Figura 10.3. Definición del corredor
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10.4 CAMPO ELECTRO – MAGNETICO
Los campos eléctricos y magnéticos de una línea de transmisión de
230 kV o menos se deben limitar de la siguiente manera:
10.4.1 Campo eléctrico
a) En el borde de la servidumbre (a 1,4 m del suelo): menos de
2,4 kV/m.
b) Dentro de la servidumbre, en cualquier punto (a 1,4 m del
suelo): menos de 8,0 kV/m.
10.4.2 Campo magnético
Valores máximos en el borde de la servidumbre:
a) Bajo condiciones normales de carga (a 1,4 m del suelo): 150 mG.
b) Bajo condiciones anormales de operación (causadas por fallas o por mantenimiento): no hay limitaciones.
c) Para picos de carga (máximo de 500 MW por un tiempo menor a 20 h al año): 529 mG.
10.5 CALCULO DE LA SERVIDUMBRE PARA LINEAS PARALELAS
En el caso de “n” líneas paralelas (figura 5) el ancho de la
servidumbre se determina de la siguiente ecuación:
(10.4)
donde:
Σdsi : suma de las distancias “ds” (figura 4) entre los centros
de las estructuras de las líneas paralelas.
d1, b1, D1, dn, bn, Dn : distancia b, d, y D de la ecuación (1)
tomadas para la primera y la última
línea.
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(DH < DV)
DV
DO
DH
Línea de aprox. entre
los conductores 1 y 2
Conductor 2
Conductor 1
(DH < DV)
DVDO
DH
Línea de aprox. entre
los conductores 3 y 4
Conductor 3
Conductor 4
Figura 4. Cálculo de la distancia ds1 para líneas paralelas
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D1
d1
b1
dsi
bn
dn
Dn
L
Figura 5. Definición del ancho de la servidumbre en líneas
paralelas
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10.6 USO DE LA SERVIDUMBRE
El uso de la servidumbre para fines particulares se limita en los
siguientes casos:
a) Edificios, casas, bodegas y obras similares.
No se permitirá este tipo de construcciones en la servidumbre
de la línea.
b) Construcciones de calles paralelas y transversales.
En las calles paralelas dentro de la servidumbre se deberá
construir un bulevar en cuya jardinera central se ubicarán
las estructuras de soporte de la línea. El ancho de esta
jardinera debe ser suficiente para proteger las torres y será
determinado por el ICE para cada caso particular. El ICE
indicará cuando se requieran construir protecciones
adicionales los planos de las cuales deberán ser aprobados
por la Institución.
En las calles transversales deberá existir una distancia
mínima de 5 m entre la calle y las estructuras de soporte.
Cuando sea necesario se deberá construir la protección
adicional descrita en el apartado anterior.
En ambos casos se deberán respetar las distancias mínimas de
seguridad indicadas en la tabla IV-2 punto 7.
c) Explotación minera, tajos:
El ICE congelará todos los derechos de explotación minera a
lo largo de la servidumbre. La explotación de cualquier mina
o tajo en terrenos afectados por la servidumbre deberá contar
con la previa autorización del ICE para evitar que la misma
ocasione daños en la fundación de las estructuras.
ch) Taludes, zanjas y drenajes:
No se podrán hacer taludes, zanjas o drenajes a una distancia
de 10 m del centro de la torre sin la previa autorización del
ICE.
d) Parques de recreo, zonas verdes y lagos:
Su uso queda condicionado a la aprobación del ICE ya que
tanto las torres como su sistema de puesta a tierra deberán
ser modificadas para evitar posibles accidentes. En todo caso
se deberán observar las distancias mínimas de seguridad
indicadas en la tabla IV-2.
e) Otro tipo de construcciones:
Cualquier otro tipo de construcciones deberá guardar la
distancia mínima de seguridad especificada en la tabla IV-2 y
deberá ser aprobada por el ICE antes de su erección.
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d) Cultivos y árboles dentro de la servidumbre
En general, los cultivos dentro de la servidumbre deberán
hacerse de tal forma que no entorpezcan las labores de
mantenimiento. Para ello, cuando el ICE lo estime necesario,
el propietario deberá dejar un espacio de 5 m de ancho
contados a partir de las patas de la torre y a lo largo de la
servidumbre, para que el personal del Instituto pueda acceder
todas las torres con sus equipos (camiones) de mantenimiento.
d.1) Caña de azúcar: queda prohibida su siembra dentro del área
de la servidumbre.
d.2) Banano y plátano: se permitirá su siembre únicamente en los
sitios donde la línea, en su condición de máxima temperatura
y fluencia lenta, pase a una distancia de 11 m o más del
suelo.
d.3) Palma africana: se permitirá su siembra únicamente en los
sitios donde la línea, en su condición de máxima temperatura
y fluencia lenta, pase a una distancia de 15 m o más del
suelo.
d.4) Árboles frutales, maderables o de ornato: se restringe su
siembra a sitios donde el árbol, en su condición de
desarrollo máximo, quede a una distancia al conductor más
bajo, en su condición de máxima temperatura y fluencia
lenta, de 5 m o más. El ICE podrá cortar por su cuenta
aquellos árboles, ramas o troncos que estando dentro del
corredor establecido según la cláusula 9.3 sobrepasen la
altura indicada.
10.7 PROTECCIÓN AMBIENTAL
10.7.1 FLORA Y FAUNA
La flora que no sea estrictamente necesario eliminar, para cumplir
con los requisitos de limpieza de la servidumbre y la construcción
de carreteras de acceso, debe preservarse en su estado natural.
Todos los árboles que se encuentren dentro de la servidumbre,
serán cortados y removidos de tal manera que se minimice el daño a
otros árboles.
De igual forma la fauna se protegerá contra cualquier tipo de daño
debido a la operación o acción del constructor.
10.7.2 AGUA
El constructor no contaminará las aguas con combustible, aceite,
desechos u otras sustancias dañinas.
Durante el trabajo de construcción se debe prever la no
obstaculización del flujo de agua en canales de irrigación o
canales de abastecimiento de agua, de ríos, corrientes, o drenajes
de autopistas o calles, etc.
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Donde sea necesario, la dependencia a cargo de la inspección puede
ordenar el uso de alcantarillados temporales.
10.7.3 DESECHOS
Cuando el trabajo ha finalizado, el constructor eliminará,
mediante métodos apropiados, los desechos resultantes de la
construcción.
No se permitirá la quema de ningún tipo de desecho resultante del
trabajo de construcción.
10.8 LIMPIEZA DE LA SERVIDUMBRE
10.8.1 Regulaciones para la limpieza
Para hacer la limpieza de la servidumbre se deben observar las
distancias del capítulo 4.
El constructor cortará la vegetación, a lo largo y ancho de la de
servidumbre, de acuerdo con las regulaciones especificadas en este
capítulo y las instrucciones emitidas por la dependencia a cargo
de la inspección.
La dependencia a cargo de la inspección puede reducir o eliminar,
a su juicio, la limpieza de la servidumbre en los siguientes
casos.
a. Plantaciones donde las cosechas, en su condición final de
desarrollo estén, por lo menos, a una distancia de 5 metros de
la posición del conductor más bajo, en la condición de tensión
mínima (flecha máxima).
b. En depresiones profundas donde la vegetación está por lo menos
a 10 metros del conductor más bajo, el ancho de la servidumbre
será como máximo el mismo que la separación horizontal entre
las fases, más 1 metros.
10.8.2 Fuentes de agua
Está prohibido el cortar la vegetación en las fuentes de agua.
10.8.3 Árboles peligrosos
Cualquier grupo de árboles altos localizados fuera de la
servidumbre y los cuales, en caso de que cayeran, pasen a una
distancia de menos de 5 metros del conductor, serán cortados,
después de que el ICE obtenga el permiso del propietario.
10.8.4 Restricciones de corta de árboles
Los árboles serán cortados tan cerca del suelo como sea posible
con la finalidad de facilitar la construcción y el mantenimiento y
obtener el mayor uso de la madera.
Los árboles productores de madera solamente pueden utilizarse o
venderse por el propietario del terreno.
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Los troncos de los árboles, después de que sus ramas hayan sido
removidas, serán apilados y cortados en tamaños comerciales, en
una forma segura y ordenada, a lo largo de los bordes de la
servidumbre de tal manera que no estorben al propietario o al
trabajo de mantenimiento.
10.8.5 Propiedades
El constructor debe responsabilizarse por las reparaciones
inmediatas de cualquier daño hecho a propiedades, excepto por el
corte de la vegetación, bajo la autorización de la dependencia a
cargo de la inspección.
10.8.6 Descubrimientos arqueológicos
Cuando se encuentre cualquier tipo de objetos que tengan un valor
arqueológico, esto se reportará inmediatamente a la dependencia a
cargo de la inspección, para que esta comunique el hallazgo a las
autoridades respectivas. En estos lugares, el trabajo se detendrá
hasta que la dependencia a cargo de la inspección autorice la
continuación del mismo.
10.8.7 Cruce de ríos
En el punto de cruce de ríos y quebradas donde sea estrictamente
necesario cortar árboles, los lechos deben dejarse limpios de
troncos y ramas, de tal forma que el agua pueda fluir libremente.
10.8.8 Huertos y jardines
Donde la servidumbre pase a través de áreas tales como huertos y
jardines, la limpieza se hará en el lugar de la torre, excepto que
el ICE requiera el podado o corte de todos los árboles y
obstáculos que interfieran con la operación de la línea de
transmisión.
El constructor tomará las previsiones del caso para mantener la
irrigación existente a lo largo de estas áreas.
Las operaciones de construcción deben realizarse de forma tal que
se produzca el mínimo daño a la propiedad y siempre en una forma
aprobada por el ICE.
10.8.9 Plantaciones de azúcar
Las plantaciones de azúcar deben terminar a 10 metros de los
límites de la servidumbre.
10.9 CAMINOS DE ACCESO
10.9.1 Regulaciones
El constructor debe utilizar, tanto como sea posible, los caminos
existentes. Estos se mantendrán en buen estado durante los
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trabajos de construcción y deben dejarse en la misma condición,
después de la finalización de los trabajos.
Si es necesario construir alguna vía de acceso, el constructor
entregará a la dependencia a cargo de la inspección, con dos meses
de antelación, su plan para la ejecución de dicha obra para así
obtener la autorización correspondiente.
Este permiso podrá ser rechazado en aquellos casos donde la
dependencia a cargo de la inspección lo considere crítico.
10.9.2 Permiso de construcción
El constructor es responsable de obtener los permisos necesarios
para la construcción o uso de caminos de acceso. En caso de que le
sea imposible obtener tales permisos, se debe utilizar la
servidumbre como acceso a los sitios de trabajo.
En todo lo relacionado a la obtención de permisos, las normas
contenidas en el “Manual de Inspección de Líneas de Transmisión”
deben utilizarse y respetarse.
10.9.3 Reparación de daños
El constructor es responsable por la reparación de todo el daño
causado durante la construcción de los caminos de acceso
(alcantarillados), cercas, desestabilización del terreno, etc).
10.9.4 Sitios de las torres
La construcción de caminos de acceso no podrá causar
desestabilización del suelo en los sitios donde se ubican las
torres.
10.9.5 Pendiente de los paredones
En el caso extremo que sea imposible el evitar cortes pronunciados
en el suelo, la pendiente de los paredones, tendrá una inclinación
apropiada, de acuerdo al tipo de suelo. Tal pendiente se definirá
por el constructor y debe ser aprobada por la dependencia a cargo
de la inspección.
10.10 EDIFICACIONES
10.10.1 Regulaciones
El ICE permitirá al propietario algunas edificaciones y viviendas.
El constructor, por lo tanto, no estará obligado a removerlas de
la servidumbre.
Si algún edificio o construcción permanece en la servidumbre en el
momento que el constructor esté preparado para despejar dicha
servidumbre, este le informará al ICE y debe obtener el permiso
para remover tales edificaciones.
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10.10.2 Distancias de seguridad
Las distancias son válidas hasta altitudes de 500 metros sobre el
nivel del mar. Para niveles superiores las distancias se
incrementarán a 0,15 metros por cada mil metros en altitud.
Las distancias se calculan sin viento y con una temperatura del
conductor máxima.
Voltaje
(kV)
Distancia horizontal
mínima
(m)
138 10.0
230 10.0
10.11 DISTANCIAS A LAS CARRETERAS Y LINEAS FERREAS
La distancia del borde de una carretera, a la pata de una torre
debe ser al menos de 5 metros.
La distancia de una pata de una torre a una quebrada será de, al
menos, 10 metros.
Estas distancias mínimas podrían ser aumentadas dependiendo de las
condiciones del suelo y del tamaño de la fundación.
La distancia desde el centro de la torre a una línea férrea será,
de al menos, 20 metros.
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Tabla 4.3. Altura del conductor sobre el terreno e
intersecciones
Conductor vivo pasando
sobre o cruzando
Altura vertical mínima
en metros para el caso (a)
138 kV 230 kV
Terreno agrícola 7,0 8,0
Plantaciones, desde la parte
superior de las plantas 4,0 4,5
Carreteras, caminos secundarios,
calles, estacionamientos y otros
lugares donde transiten vehículos
más altos que 2,5 m.
7,0 8,0
Autopistas 8,0 9,0
Terreno sin tráfico vehicular 5,0 5,5
Edificios(1)
sin azotea 3,5 4,0
con azotea 5,0 5,5
Piscinas 9,0 9,5
Chimeneas(1) señales de tráfico,
valla publicitaria, antenas,
depósitos de aceites y similares
3,0 3,5
Ferrocarriles no electrificados 9,0 10,0
Ríos, lagos y canales con tráfico
marino(2)
14,0 14,5
Ríos, lagos y canales con botes
pequeños (2)
12,5 13,0
Ríos, lagos y canales sin botes (2) 7,5 8,0
Líneas de transmisión con voltajes
menores a 1,3 kV y líneas de
comunicación.
1,5 2,0
Líneas de transmisión de 1,3 a
34,5 kV 2,0 4,0
Líneas de transmisión de 138 kV 3,0 4,0
Líneas de transmisión de 230 kV ----- 4,0
(1)
En condiciones normales no se permiten construcciones bajo la línea. (2)
Con nivel de agua máximo.
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Tabla 4.4. Separación de seguridad horizontal del conductor en
condiciones de viento.
Conductor vivo pasando
paralelo.
Distancias horizontales mínimas
en metros.
138 kV 230 kV
Edificios, a cualquier parte 2,5 3,0
Chimeneas, señales de
tráfico, valla publicitaria,
antenas, depósitos de
aceites y similares.
2,5 3,0
Árboles 2,0 3,0
Caminos 4,0 5,0
Ferrocarriles no
electrificados 4,0 5,0
Tabla 4.5. Separación de seguridad horizontal del conductor
en condiciones de calma.
Conductor vivo pasando
paralelo.
Distancias horizontales mínimas
en metros.
138 kV 230 kV
Edificios, a cualquier parte 10,0 10,0
Chimeneas, señales de
tráfico, valla publicitaria,
antenas, depósitos de
aceites y similares.
3,0 3,0
Árboles 10,0 10,0
Caminos 5,0 5,0
Ferrocarriles no
electrificados 3,0 3,0
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11 TOPOGRAFÍA
11.1 GENERAL
Se supone que el constructor de la línea se encuentra bien
informado del trabajo que concierne a la topografía de la línea de
transmisión.
11.2 RECONOCIMIENTO
Todas las autoridades pertinentes, así como los propietarios de
terrenos afectados por el proyecto deben ser informados y deben
obtenerse los respectivos permisos para levantar la topografía.
Antes de efectuar cualquier trabajo de topografía, la ruta de la
línea de transmisión debe ser reconocida (puntos de salida y
llegada, puntos de deflexión, obstáculos, etc.).
11.3 LINEA VISTA PARA LA TOPOGRAFIA
En áreas forestales la ruta debe limpiarse para lograr la línea
vista más angosta posible. Solamente los árboles que se encuentren
en línea vista deben cortarse. Si existen árboles grandes en la
línea vista pero el alineamiento de la línea no es definitivo,
deben esquivarse. Los árboles que deban cortarse se harán de
acuerdo a las instrucciones del propietario del terreno.
11.4 SEÑALIZACIÓN
En terreno forestal la línea de centro debe marcarse en los puntos
de inflexión, y en carreteras. La distancia entre marcas no debe
exceder los 100 m. A la izquierda o a la derecha de los tacos,
debe ponerse una estaca, alrededor de 1.5 m, indicando el
__________. Las estacas se pintan de rojo y su texto se protege
con barniz.
11.5 SISTEMA DE ELEVACIÓN
Debe utilizarse el sistema nacional de elevación. Los puntos de
salida y llegada deben verificarse contra otros puntos conocidos.
Otro método alternativo se podría utilizar.
11.6 MEDICIÓN LONGITUDINAL
Las mediciones longitudinales de los puntos de la línea de centro,
se realizan midiendo todos los puntos de deflexión. En terreno
plano los intervalos no deben exceder los 50 m. Cuando se hace la
topografía sobre lagos, ríos, etc. debe anotarse la fecha. Debe
medirse el nivel de agua más alto. Esto es de importancia para las
distancias del conductor sobre el agua.
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11.7 MEDICIÓN TRANSVERSAL
Las mediciones transversales son las medidas de las pendientes a
ambos lados de la línea del centro. Si el terreno es plano esto no
es necesario. En terrenos con pendientes los niveles deben tomarse
a tres distancias diferentes a partir de la línea de centro:
fundación izquierda y derecha (para la altura media de la torre);
y en el punto más alto dentro de tres metros de la fase exterior
(en ambos lados). También rocas grandes dentro del límite de los 3
m (o aún fuera si son altas) deben ser levantadas. Todos los
niveles transversales deben verificarse con la _____ de la línea
de centro.
Si el terreno, fuera de los límites de los 3 m, tiene pendientes
de más de 1:2, deben hacerse medidas cada 5 m hasta el nivel donde
termine el obstáculo, es decir, rocas, colinas, etc.
11.8 CODIGO DEL TERRENO
Para hacer la localización de las torres más precisa es preferible
revisar visualmente el terreno a lo largo de la línea y utilizar
algún código. Este código puede mostrar el tipo de terreno y la
humedad. El terreno flojo, o fangoso debe revisarse. Si la
profundidad es mayor a los 4 m debe marcarse. El código del
terreno y la profundidad del terreno fangoso debe marcarse en los
perfiles de la línea.
11.9 CRUCE DE OBSTÁCULOS
Para cruzar líneas aéreas de transmisión, telecomunicaciones,
carreteras, tuberías, vías férreas, edificios, etc., se deben
hacer esquemas, que deben consistir de un dibujo de planta con
escala 1:500 y de un perfil con escala de 1:200 vertical y 1:2000
horizontal. La planta y el perfil deben cubrir alrededor de 25 m
de cada lado de la línea de centro. Debe anotarse información del
obstáculo como voltaje, elevación, etc. Se dan ejemplos de estos
esquemas en los apéndices 1 y 2.
11.10 MAPAS
El mapa debe cubrir edificios, líneas de transmisión, tuberías,
carreteras, etc. dentro de una distancia de 50 m de cada lado de
la línea de transmisión. Las casas de habitación deben marcarse si
se encuentran situadas a menos de 150 m de la línea de centro.
Deben medirse todos los límites que sean de interés entre los
diferentes tipos de terreno y entre propietarios. Se requiere una
precisión de 0.1 m dentro de un área de 20 m desde las fases
externas de la línea en lo que respecta a edificios y límites de
propiedades. Se deben realizar otras medidas para que la falla no
exceda el 4%. Ver ejemplo en el apéndice 3.
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11.11 PLANOS DE PLANTA Y PERFIL
El resultado de la topografía debe presentarse en planos con
planta y perfil. Las escalas a utilizar para el perfil son 1:2000
horizontal, 1:200 vertical; o 1:5000 y 1:500 respectivamente.
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APENDICE A
CALCULO DE FALLA DE BLINDAJE
La probabilidad de que ocurran fallas en el blindaje de una línea
tiene que ser calculada para cada diseño, ya que tales fallas
representan una proporción significativa en la tasa de desconexión
total de algunas líneas, particularmente líneas con un solo hilo
de guarda.
La siguiente figura muestra un modelo simplificado del mecanismo
de fallo de blindaje.
A medida que un rayo se acerca a una distancia S de la tierra y la
línea, este es influenciado por lo que está debajo de él y salta
la distancia S para hacer contacto. La distancia S es llamada la
distancia de golpe (strike distance) y es una función de la carga
en el canal del rayo que se acerca.
La ecuación siguiente puede ser usada para determinar la distancia
S.
(A1)
donde I es la corriente de golpe (kA).
Figura A.1: Modelo de fallas blindaje
A
B
0
0
S P
S
S
S
G
a
C
Yc Yg xs
kS
AREA
“DESCUBIERTA”
C
R
BLINDAJE ICOMPLETO, EL ANCHO Xs ESTA DESCUBIERTO.
TRAZO B SALTA AL CONDUCTOR DE FASE
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Como puede verse en la figura A.1, solamente los rayos que
alcancen el arco PQ saltarán al conductor. Los rayos que alcancen
los arcos OP ó QR saltarán al hilo guarda o a tierra.
Para los siguientes cálculos se utilizará como altura promedio del
conductor la altura de la torre menos dos tercios de la flecha.
Si el alambre de protección es movido a una posición más cercana
al conductor, se alcanzará una nueva condición en la que el arco
descubierto PQ desaparece y ningún rayo entrante no puede alcanzar
el conductor de fase. Esto da por resultado un ángulo de blindaje
efectivo.
Si S es conocido y si kS > Yc, se puede encontrar la siguiente
solución trigonométrica para el ancho descubierto Xs:
(A2)
donde:
Si kS < Yc, cos() es fijado igual a 1 y
(A3)
El coeficiente k = 0,8.
Para resolver la tasa de fallas de blindaje, la magnitud de la
corriente de golpe Imín al conductor justamente suficiente para que
ocurra contorneamiento debe ser calculada:
(A4)
donde:
Imin : es la corriente de golpe mínima para producir un fallo
de blindaje (kA)
Vc : es el voltaje nominal de disrupción por rayo (kV)
Zc : es la impedancia característica del conductor.
La Imín calculada es insertada en la ecuación A1 para calcular la
distancia de impacto Smín a la fase. Reemplazando S por Smín en las
ecuaciones A2 ó A3, se puede calcular el arco desprotegido Xs.
La distancia designada Smáx que puede provocar un fallo de blindaje.
Solamente rayos teniendo corrientes de golpe entre Imán e Imáx
causan un fallo de blindaje.
La solución para Smáx puede ser calculada como sigue:
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(A5)
donde:
Yo :
As :
Bs :
Cs :
m :
Imáx puede ser calculada insertando Smáx en la ecuación A1.
Las probabilidades de Imín e Imáx están utilizadas para calcular
la tasa de fallo de blindaje por cada 100 km por año:
(A6)
donde:
T : es el nivel ceráunico
Xs : es el ancho desprotegido
Pmin : es la probabilidad de que una descarga excederá Imin
Pmax : es la probabilidad de que un golpe excederá Imax . Las
probabilidades son calculadas con la ecuación A7.
La probabilidad de que la corriente pico en cualquier rayo
excederá I kA puede ser calculada de:
(A7)
La ecuación es para un hilo de guarda y un conductor de fase.
Podría haber otros conductores de fase que están expuestos o
podría haber un conductor que está expuesto en ambos lados, en
estos casos cada tasa de fallo de blindaje es sumada separadamente
para encontrar la tasa de fallo de blindaje total.
El modelo es válido solamente para rayos verticales pero también
deben considerarse rayos desde otras direcciones. Dependiendo de
las probabilidades de distribución angular de rayos, el ancho Xs
blindaje deberá ser multiplicada por un factor de 2.