Universidad de Colima

FIME

Materia:Plantas Generadoras

Proyecto:Construccin de torre de Transmisin 230 KV

Integrantes:Jairo Said Gonzlez BarahonaJess David Vzquez ChvezLuis Hctor Sols CeballosRicardo Gutirrez Anguiano

Coquimatln, Colima 28 de mayo del 2015Estructuras para lneas de transmisinLas torres o estructuras, constituyen el soporte mecnico de las lneas de transmisin y econmicamente, representan la mayor inversin. En Mxico se construyen principalmente de acero o cemento armado, para transmisin y subtransmisin y de acuerdo a la especificacin: CFE J1000-50 TORRES PARA LINEAS DE TRANSMISION Y SUBTRANSMISION.

Torres Autosoportadas de Celosa (Estructurales)En Mxico, las torres autosoportadas constituyen la mayora de las estructuras usadas en lneas de transmisin en alta tensin. Mecnicamente, no requieren de apoyos adicionales para trabajar, como elementos sujetos a esfuerzos de tensin y compresin debidos a cargas de conductores, aisladores y elementos externos como: presin del viento, carga por hielo, adems del tensionado normal para el montaje.

Las dimensiones de estas torres son variables y dependen de varios factores como:

Tipo de terreno: plano, ondulado, montaoso. Distancia interpostal: es decir, distancia media entre dos torres adyacentes, tambin conocida como claro horizontal. Funcin de la torre: lo determina el tipo que puede ser:

Tipo suspensin Tipo deflexin Tipo remate De transposicin.

La gran mayora de las lneas de transmisin usadas en Mxico son de tipo autosoportadas de celosa, de las llamadas tipo suspensin, Figura 1.

Fig. 1 Torres de suspensin

Las torres de deflexin se aplican para zonas donde la trayectoria de la lnea hace un cambio de direccin, y las hay para distintos grados de deflexin (cambio de direccin), Figura 2.

Fig. 2 Torres de deflexin

Las torres de remate se usan en las llegadas o salidas de las subestaciones elctricas, as como tambin en cruzamientos con ros, autopistas y zonas, donde se requiere obtener una mayor seguridad para la lnea y mayor altura para los conductores, Figura 3.

Fig. 3 Torres de remate

Las torres de transposicin tienen un diseo similar a las de suspensin, y se usan para alternar la posicin de los conductores de fase de las lneas de transmisin, su uso depende mayormente de la longitud de la Lnea de Transmisin Figura 4.

Las torres de transmisin estn compuestas por diferentes componentes, como son: cables de guarda, aisladores, herrajes, crucetas, cuerpo recto, cuerpo piramidal, cerramientos, extensiones y stub, que es la parte encargada de unir la superestructura con la cimentacin de la torre. Los elementos barra que forman las torres de transmisin son generalmente perfiles de acero estructural.

Fig. 4 Torres de transicin

Las torres de transmisin tambin se diferencian de acuerdo al tipo de tensin de operacin de la lnea. En Mxico se tienen lneas de alta tensin de 400, 230 y 161 kV.

La especificacin CFE J1000-50 para torres y lneas de transmisin y subtransmisin de la Comisin Federal de Electricidad (CFE), sugiere clasificar e identificar los distintos tipos de torres de transmisin de acuerdo a una nomenclatura constituida por cinco caracteres alfanumricos. Por ejemplo, para la serie de la torre 2B26E, identifican a la torre de la siguiente manera: 2: cdigo de tensin de operacin B: uso de la estructura 2: nmero de circuitos en la estructura 6: nmero de conductores por fase E: velocidad del viento (regional con un periodo de retorno de 50 aos, para la cual ha sido diseada la torre.)Las torres de transmisin tienen la funcin bsica de soportar los cables de conduccin elctrica, as como los cables de guarda, que son los encargados de proteger las lneas de transmisin de las descargas atmosfricas, adems de que son tambin utilizados para la transmisin de voz y datos a travs de la fibra ptica. La Figura 5 muestra los elementos principales de una torre de transmisin tpica.

Fig. 5 Componentes de una torre de transmisin

Cables de guardaLos cables de guarda son utilizados en lneas areas, subestaciones elctricas de distribucin y transmisin con la finalidad de proteger los equipos y/o conductores de fase contra descargas atmosfricas (rayos). Cabe mencionar tambin que en los ltimos tiempos, el cable de guarda ya no solo sirve como proteccin del sistema contra las descargas atmosfricas, sino que tambin es un medio muy importante para comunicacin y control del sistema elctrico, ya que se han incorporado en el mercado cables de guarda con fibra ptica integrada (CGFO), los cuales al contener fibra ptica sirven como enlaces para comunicacin y control, dentro del sistema elctrico.

El conductor de una lnea de transmisin se comporta mecnicamente hablando, como un elemento sometido a tensin y sostenido en sus dos extremos. Si suponemos que el peso del conductor es uniforme a lo largo de toda su longitud, este formara una catenaria como se muestra en Figura 6.

Fig. 6 Comportamiento del conductor entre dos torres de transmisin

Donde:a: Es el Claro entre Estructurasf: Es la FlechaB: Es el Libramiento MnimoH: Es la Altura del punto de anclaje ms bajo del conductor

Un conductor de peso uniforme, sujeto entre dos apoyos por los puntos A y B situados a la misma altura, forma una curva llamada catenaria. La distancia f entre el punto ms bajo situado en el centro de la curva y la recta AB, que une los apoyos, recibe el nombre de flecha. Se llama claro a la distancia a entre los puntos de amarre A y B. Para claros de hasta unos 500 metros podemos equiparar la forma de la catenaria a la de una parbola.

EL claro medio horizontal, es la semisuma de la distancia horizontal de los claros adyacentes a la estructura de referencia.El claro vertical es la suma de las distancias horizontales entre los dos puntos ms bajos de las catenarias adyacentes a la estructura.La deflexin es el ngulo mximo de cambio de direccin en la trayectoria de la lnea de transmisin, que permite la torre, sin afectar su estabilidad de acuerdo a su diseo elctrico y estructural.Las medidas anteriores son importantes, ya que el claro medio horizontal sirve para calcular las cargas transversales que actan sobre la estructura debida a la accin del viento sobre los cables, que tambin es conocido como claro de viento. En cuanto al claro vertical, ste sirve para conocer las cargas verticales que actan sobre la estructura debidas al peso de los cables conductores y cables de guarda, ste es conocido como claro de peso.

Antes de construir una lnea de transmisin, debe calcularse la flecha tolerable y la correspondiente tensin mecnica. Adems de otras condiciones, debe de tenerse en cuenta la temperatura durante el tendido:

Si la lnea se tiende en invierno, debe recordarse que en verano se alarga el conductor y la flecha puede tornarse inadmisible (acercamiento al suelo en detrimento de la seguridad).

Si se tiende en verano, la flecha no debe ser demasiado reducida porque al contraerse la lnea en invierno, el esfuerzo de traccin aumentara peligrosamente. Otros elementos a tener en cuenta son el viento y la nieve, que aaden carga a la lnea y pueden entonces llegar a provocar la sobretensin en la estructura que sostiene al conductor debido al sobrepeso ganado por el viento y la nieve (Acumulacin de hielo sobre el conductor)

En el diseo de la estructura se deben tomar en cuenta las siguientes cargas:

Cargas debidas a la masa propia de los componentes de la lnea. Cargas debidas a eventos climticos: viento, temperaturas extremas. Cargas debidas a las maniobras de tendido durante la construccin. Cargas por mantenimiento.

Construccin de Torre de transmisin de 230 KVCon el fin de analizar los parmetros de una estructura de transmisin, se construy un par de torres de transmisin para lneas de 230 kV. Para el tipo de torre que se construy, primero se realiz un plano con la herramienta de dibujo Autocad, para as poder obtener las escalas de medida para cada elemento de la estrucutra, respecto a las medidas reales. La torre obtenida se muestra en la Figura 7.La torre se construy con una escala de 1:50 es decir que por cada metro de la torre real, equivale a dos centmetros en escala real.

Las medidas bsicas de la torre son: altura= 42m (equivalente a 84 cm en escala real) ancho= 4.5m (equivalente a 9 cm en escala real) aisladores= 2.5m (equivalente a 5 cm en escala real)

Fig. 7 Torre de transmisin de 230 kV

Esta torre est diseada para transportar 2 circuitos de tres fases. En parte superior de la torre se alberga el cale de guarda (uno para cada circuito).

Clculo de parmetros a partir de la ecuacin de cambio de estadoEl clculo de la tensin mecnica de los conductores en una lnea de transmisin, interviene en conjunto con los dems componentes elctricos, para un buen diseo y funcionamiento de la lnea de transmisin.

El mtodo empleado para la obtencin del clculo de la tensin mecnica de los es a travs de la ecuacin conocida como ecuacin de cambio de estado, y representa un clculo fundamental para disear la lnea respecto a las condiciones del terreno (calculando la deflexin mxima que tendr el cable con respecto al libramiento de la lnea, y adems de conocer las cargas estticas que ejerce el cable a la estructura de la torre de transmisin).

Para el caso de las torres construidas, el clculo de la flecha mxima que tendr el cable es.

Donde: altura H= 27.3 metros (al punto de anclaje del conductor ms bajo) libramiento mnimo B= 15 metros f= flecha mima que forma el cable conductor

Por lo tanto la flecha mxima obtenida para esta lnea ser de f =12.3 metros.

Tomando en cuenta que el claro horizontal entre las dos torres construidas es de una longitud = 200 metros, y que el cable utilizado es un 1113 ACSR /AS, con la ecuacin (2) podemos calcular la flecha real de la catenaria formada con el cable, para las torres contempladas.

Donde: S= claro mximo horizontal admisible (200 metros) Parmetro del cable a 50 C de temperatura interna (1400metros) f= flecha mima que forma el cable conductor

Despejando f de la ecuacin (2), obtenemos el valor de la flecha para el claro horizontal especificado entre las dos estructuras.

Como se puede observar, el valor de la flecha resultante es menor que la lecha mxima permisible, por lo que el diseo de la lnea de transmisin cumple con los requerimientos de la CFE.En la Tabla 1, se presenta algunos de los requerimientos que la Comisin Federal de Electricidad (CFE) eige a la hora de construir un sistema de transmisin de lneas de 115 kV hasta 400 kV. Estos requerimientos tienen que ver con los libramientos mnimos permisibles de la catenaria del cable hasta la superficie terrestre.

Tabla 1. Libramientos y separaciones mnimas en cruces

Anexos

Bibliografa: http://lapem.cfe.gob.mx/normas/construccion/pdfs/1/DCDLTA01.pdf

http://tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/4845/1/300_DISENO%20DE%20TORRES%20DE%20TRANSMISION%20ELECTRICA.pdf

http://lapem.cfe.gob.mx/normas/pdfs/c/J1000-50.pdf