INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD

UEN PROYECTOS Y SERVICIOS ASOCIADOS CENTRO DE SERVICIO DISEÑO

INGENIERÍA DE POTENCIA

SUBESTACIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

INFORME: DISEÑO ELECTROMECÁNICO DE DERIVACIÓN

LINEA TRANSMISIÓN SIEPAC HACIA FUTURA ST JACO INCLUYE MODIFICACIONES A ENERO DEL 2013

Preparado por:

Ing. Gustavo Salazar Castro 07 enero del 2013

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO REALIZADO

Los siguientes son los criterios básicos que han sido considerados para realizar el diseño de esta Derivación:

• Se utilizaron las mismos tipos de torres de SIEPAC de acuerdo a la última información entregada por la EPR en el año 2009 y que pueden observarse sus características en el ANEXO A. Se consideraron inicialmente las mismas características de precio utilizadas para el prediseño de SIEPAC, que corresponden con los criterios que se utilizaron para el análisis en PLS-CADD con el diseño óptimo en la ubicación de estructuras para el tramo Barranca-Parrita realizado en el 2004.

• El conductor de fase es del tipo ACAR 1024.5 MCM 18/19. La base de datos utilizada en el programa PLS-CADD para este conductor se muestra en la Tabla No.1

Tabla No. 1. Base de datos utilizada para identificar el conductor de fase.

• Para las tensiones permisibles del conductor de fase, se usaron los mismos criterios utilizados en la L.T. SIEPAC, exceptuando que la temperatura mínima se cambió de los 0°C, a una más realista, aunque todavía conservadora para la zona, de 15°C. El viento máximo sostenido se mantuvo en los 100 Km/h establecidos para el Proyecto SIEPAC, todo de acuerdo con el documento: “Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC” de fecha mayo del 2004, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff.

Velocidad del viento. Presión. Temperatura

Caso de carga (m/s) (Pa) (deg C)

1 Carga vto max 100/0 28 473.1 15

2 Swing1 vto max 100/0 28 473.1 15

3 Swing2 vto max 71/0 20 240.3 15

4 Swing3 vto mod 41/0 11 80 15

5 Temp min 0/15 0 0 15

6 temp max 0/80 0 0 80

7 EDS 0 0 25

Tabla No2. Temperatura y viento para las condiciones de carga consideradas en el prediseño realizado.

Catenaria

Condición Máxima

Caso de carga del Cable (m)

7 EDS Initial RS 1461

7 EDS Creep RS 1308

1 Carga vto max 100/0 Initial RS 2180

1 Carga vto max 100/0 Creep RS 1967

5 Temp min 0/15 Initial RS 1694

5 Temp min 0/15 Creep RS 1484

Tabla No3. Características de tensión para las condiciones de carga consideradas en el prediseño realizado para los conductores de fase.

• La tensión máxima horizontal para conductor de fase de 3120 Kg, para viento

máximo a 100 km/h, nunca se alcanzaría porque la limitante de la tensión EDS para el diseño de SIEPAC tiene siempre un mayor peso. Este valor fue impuesto en el documento: “Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC” de fecha mayo del 2004, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff.

• Las estructuras de SIEPAC cuentan con dos hilos de guarda, así que ante falta de definición al respecto, se ha supuesto para el alcance de este Diseño, el uso de dos OPGW en la Derivación hacia la ST Jacó, de forma que en la torre T370, del tramo Cañas-Parrita del SIEPAC, se coloquen dos cajas de empalme, de esta forma el OPGW colocado para SIEPAC, será desviado hacia la ST Jacó estableciéndose una entrada y una salida en la subestación. El modelo en PLS-CADD del OPGW que ha sido utilizado aquí en el diseño de la desviación, ha sido facilitado por la EPR, que corresponde al mismo tipo y modelo de OPGW

utilizado en el tramo Cañas-Parrita. La condición de su uso es la indicada en el documento: “Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC”, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff, donde se indica que la tensión deberá corresponder al 90% de la catenaria del conductor de fase en condición EDS final a 25°C. En la tabla No. 4 pueden verse las características de este OPGW.

Tabla No. 4. Base de datos utilizada para identificar el OPGW utilizado para el diseño.

• Se consideró en el diseño, el uso de los mismos tipos de conjuntos de aisladores

utilizados para SIEPAC, con las mismas longitudes, distancias eléctricas y peso. Se decide en base a esa información y dada la cercanía a la costa, usar aisladores tipo polimérico. El modelo del diseño se realizó utilizando este tipo de aislador, que fue el mismo usado en SIEPAC.

• La longitud de la cadena con aislador polimérico en suspensión es de 2.918 m, se ha usado en el modelo de torres 2.95 m y un peso de 23 kg con área aproximada por un factor de 0.5 de 1400 mm². La longitud de la cadena con

aislador polimérico en tensión es de 3.337 m, se ha usado 3.40 m y un peso de 25 kg con área aproximada por un factor de forma de 0.5 de 1400 mm².

• La tensión mecánica máxima en condiciones de operación más críticas que serán sometidos los aisladores en tensión, correspondiendo a un viento de 100 km/h, será de un máximo de aproximadamente 30 kN, entonces como los aisladores poliméricos adquiridos para SIEPAC tienen una capacidad de 120 kN, 4 veces mayor, los equivalentes que se adquirirán para la Derivación hacia la ST Jacó, funcionarán perfectamente.

Figura No.1. Tipo de aislador polimérico utilizado en la LT SIEPAC.

• Cada estructura deberá contar al menos con un doble sistema de aterrizamiento colocado en dos patas diagonales. Cada uno de estos aterrizamientos deberá garantizar la debida continuidad eléctrica con el resto de la estructura, mediante el empleo de un conector certificado y aprobado para este uso, que conectará a 50 cm bajo el nivel del suelo natural, la pata de la torre mediante un cable de cobre calibre 1/0 AWG, que se conectará en su otro extremo con una varilla enterrada verticalmente, de al menos 3 metros de longitud, certificada y aprobada para su uso en sistemas de puesta a tierra, la cual se colocará fuera del área de la cimentación de la pata. El sistema de puesta a tierra de la torre debe medirse y su valor deberá ser menor a los 10 ohm, en caso contrario deberán realizarse las mejoras necesarias y aprobadas por Diseño del ICE, para lograr al menos el valor de los 10 ohm. Todos los materiales usados en los sistemas de puesta a tierra, deberán ser certificados y aprobados para su uso, de modo que no se den problemas de ningún tipo de corrosión entre ellos, la estructura y el medio, durante al menos 25 años de vida útil del sistema de puesta a tierra.

• La tensión mecánica resultante en condiciones de viento de baja velocidad y temperaturas bajas, para cálculos de amortiguamiento para el conductor de

fase, es de un aproximado a los 2100 Kg, lo cual luego de un análisis realizado, muestra que para vamos menores a los aproximadamente 720 metros, el diseño con amortiguadores será seguro, considerando que el máximo vano resultante después del diseño de la Derivación a la ST Jacó, quedó en 694 m y esto sería entre las torres T11 y T12. En el gráfico No.1 se pueden observar las condiciones de diseño seguro del amortiguamiento de acuerdo a los últimos criterios que ha indicado Cigré al respecto.

Gráfico No.1. Tensiones de diseño para uso seguro de amortiguadores de vibración para SIEPAC.

• Con respecto a las pérdidas corona, efectos de ruido audible, interferencias en

comunicaciones, y campos electromagnéticos, el documento: “Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC”, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff, indica que con el aumento del diámetro del conductor, estos efectos son reducidos, lo que fue realizado al seleccionar para SIEPAC un conductor de 29.6 mm de diámetro. Para los 836 amperios por fase, indicados en ese Informe, correspondiendo a la condición de carga mayor de la LT SIEPAC, se muestran en los Gráficos No.2 y No.3, el comportamiento de los campos eléctricos y magnético en condición de la máxima transferencia de energía eléctrica en ambos circuitos, con el conductor a 8 metros de altura sobre el suelo, donde se observa que los valores limites indicados por el Ministerio de Salud, establecidos en el Decreto No29296, “Reglamento para regular campos eléctricos y magnéticos en obras de transmisión de energía eléctrica”, del 25 de enero del 2001, los valores máximos permisibles nunca son superados por fuera de la servidumbre de 30 metros de ancho que fue requerida.

Gráfico No2. Comportamiento del campo magnético en condición de máxima transferencia de potencia eléctrica en los dos circuitos de la derivación Jacó, en una condición extrema de los conductores inferiores a 8 m sobre el suelo. Como puede observarse fuera de la servidumbre de 30 m, no se excede nunca el máximo permisible de 15 micro teslas.

Gráfico No3. Comportamiento del campo eléctrico en condición de máxima transferencia de potencia eléctrica en los dos circuitos de la derivación Jacó, en una condición extrema de los conductores inferiores a 8 m sobre el suelo. Como puede observarse fuera de la servidumbre de 30 m, no se excede nunca el máximo permisible de 2000v/m.

• El claro mínimo sobre el suelo será de al menos 8 m de acuerdo a lo contenido en el Manual de Diseño de Líneas de Transmisión vigente en el ICE, para una temperatura máxima de operación del conductor de 80°C, lo que también está de acuerdo a los criterios utilizados para SIEPAC.

• En sectores como los cruces del río Turrubaritos o del río Tulín, se decidió colocar torres más altas de las requeridas, comparado a si solo fuera necesario respetar el claro mínimo al suelo de 8 metros, ya que el bosque próximo al río, es denso, y se buscó con esta medida, el disminuir el corte y poda de árboles en la servidumbre de estos sectores.

• La secuencia de las fases deberá ajustarse a la información que se ha recibido

por parte de la EPR, donde para este sector específico de la LT SIEPAC entre las subestaciones de Cañas y Parrita, línea donde existen torres de transposición, y porque esta condición deberá ser la misma para toda la Derivación hacia la futura ST Jacó, el conductor inferior corresponderá a la fase “S”, el conductor intermedio será la fase “R” y la superior será la fase “T” y por lo tanto así deberá ser en ambos sentidos, hacia y desde la futura ST Jacó y así fueron calculados los campos electromagnéticos.

Distribución final de los puntos de inflexión.

Luego de últimos ajustes realizados quedaron definidos los siguientes puntos de inflexión para toda la ruta.

No. No. ELEVACIÓN ANGULO ESTACIONAMIENTO

PI Estructura ESTE NORTE (m) (°) (m)

1 INICIO 441627.210 1060667.190 18.100 0.000 0.00

2 T6 442602.450 1060188.370 119.890 -24.748 1086.44

3 T7 442958.350 1060179.660 91.350 -22.998 1442.45

4 T9 443540.870 1060410.250 72.202 -26.898 2068.95

5 T11 444134.964 1061081.612 141.990 21.923 2965.43

6 T12 444753.930 1061391.180 234.750 21.735 3657.49

7 T15 445799.930 1061479.690 128.990 -14.726 4707.23

8 T19 447516.890 1062089.810 56.670 -42.037 6529.37

9 T24 448237.780 1063423.050 140.000 9.542 8045.03

10 T27 448841.003 1064196.750 262.180 0.177 9026.09

11 T29 449454.250 1064978.310 279.880 14.311 10019.52

12 T32 450394.815 1065701.845 281.260 33.880 11206.19

13 T34 451395.834 1065766.399 299.890 -52.552 12209.28

14 T36 451865.870 1066469.630 395.130 -8.947 13055.14

15 FINAL 452352.986 1067523.274 409.598 -10.331 14215.93

Nota: El sistema de referencia utilizado para esta tabla corresponde al CRTM 98

Listado de estructuras definidas No. Estructura ESTE NORTE TIPO ESTRUCTURA

T2 441610.392 1060675.447 tdd basica.017

T3 441692.972 1060634.902 td1 basica.032

T4 442203.500 1060384.240 2tdd máxima

T5 442460.845 1060257.895 td2 basica.032

T6 442602.450 1060188.370 txd basica.011

T7 442958.350 1060179.660 txd basica.011

T8 443191.741 1060272.048 td3 basica.017

T9 443540.870 1060410.250 tmd basica.017

T10 443806.394 1060710.308 td1 basica.032

T11 444134.964 1061081.612 tmd basica.017

T12 444753.930 1061391.180 tmd basica.017

T13 444992.916 1061411.402 td2 basica.026

T14 445194.285 1061428.442 td2 basica.032

T15 445799.930 1061479.690 tmd basica.017

T16 446197.196 1061620.858 td1 basica.032

T17 446690.914 1061796.300 td2 basica.032

T18 447340.884 1062027.266 td1 basica.032

T19 447516.890 1062089.810 tdd basica.017

T20* 447640.705 1062318.798 td2 basica.032

T21 447768.760 1062555.627 td1 basica.032

T22 448014.308 1063009.753 td2 basica.029

T24 448237.780 1063423.050 tmd basica.029

T25 448372.482 1063595.820 td3 basica.017

T26 448641.174 1063940.448 td3 basica.017

T27 448841.003 1064196.750 td1 basica.020

T28 449085.451 1064508.290 td2 basica.029

T29 449454.250 1064978.310 tmd basica.017

T30 449698.548 1065166.237 td1 basica.029

T31 450037.539 1065427.009 td3 basica.017

T32 450394.815 1065701.845 tdd basica.017

T33 450843.592 1065730.786 td2 basica.029

T34 451395.834 1065766.399 tdd basica.017

T35 451653.108 1066151.312 td2 basica.023

T36* 451865.870 1066469.630 tmd basica.029

T37* 452051.967 1066872.161 2td1 12 m

T38* 452187.858 1067166.097 td1 basica.026

T39 452345.385 1067506.832 tdd basica.020

Nota: El sistema de referencia utilizado para esta tabla corresponde al CRTM 98. *(modificadas en este Informe, su posición o tipo o altura)

Condiciones del conductor para establecer los vanos de peso y viento de las estructuras

Característica ESTADO

CONDICION 1 EDS Creep RS

CONDICION 2 Temperatura max Creep RS

CONDICION 3 Viento Max 100 km/h Load RS

CONDICION 4 Temp min 15°C Initial RS Nota: Para el análisis detallado de las cargas en torres, se puede solicitar el archivo en PLS-CADD con el modelo del diseño final de este Proyecto.

Vanos de peso y viento en diferentes condiciones

No. VANO VIENTO VANO PESO (m)

Estructura (m) CONDICION 1 CONDICION 2 CONDICION 3 CONDICION 4

T2 70 -15 -68 2 72

T3 331 471 460 534 478

T4 432 164 238 6 88

T5 227 646 546 883 748

T6 258 264 273 259 253

T7 304 171 191 102 154

T8 314 417 401 471 432

T9 388 317 330 280 307

T10 451 448 467 362 434

T11 599 610 601 620 618

T12 469 574 573 612 574

T13 223 534 505 678 554

T14 409 366 372 343 363

T15 518 391 405 332 382

T16 473 421 425 395 418

T17 608 714 708 758 718

T18 439 400 406 365 396

T19 228 -119 -81 -280 -147

T20 270 749 695 974 789

T21 394 410 429 331 396

T22 495 486 504 413 473

T24 347 383 378 399 386

T25 330 324 325 321 323

T26 384 346 351 328 343

T27 363 376 375 381 377

T28 499 736 713 846 753

T29 453 400 406 374 396

T30 368 335 340 319 332

T31 439 463 461 473 464

T32 450 422 425 407 420

T33 502 513 513 517 513

T34 511 327 349 238 310

T35 426 524 514 568 531

T36 414 461 457 481 463

T37 384 532 513 603 546

T38 350 348 358 311 340

T39 188 185 186 184 185

Lista de materiales requeridos

Requerimiento de estructuras

ALTURA A LA MÉNSULA MAS BAJA

TIPO MAS BAJO (m) CANTIDAD

td1 20 1

td1 26 1

td1 29 1

td1 32 5

td2 23 1

td2 26 1

td2 29 3

td2 32 4

td3 17 4

tdd 17 4

tdd 20 1

tmd 17 5

tmd 29 2

txd 11 2

2td1 47 1

2tdd 53.7 1

Nota: Las extensiones de patas de cada una de las torres, deberán ser definidas luego de un levantamiento topográfico detallado del sitio de cada estructura, por lo que no se incluyen en este Informe de Diseño Electromecánico.

Requerimiento de herrajes, conductores y OPGW

(1) total

Requerimiento de herrajes. total1 factor requerido

Conjuntos de suspensión para fase lateral para conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19 sin contrapesos 102 10% 114 c.u.

Conjuntos de suspensión para fase lateral para conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19 c/ herraje de contrapesos 30 25% 36 c.u.

Conjuntos de retensión para conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19 192 10% 211 c.u.

Conjuntos de puesta a tierra sencillos (2) 76 50% 114 c.u.

No. de aisladores poliméricos requeridos 324 15% 373 c.u.

conjunto de suspensión para cable OPGW(3) 22 15% 25 c.u.

conjunto de retención doble pasante para cable OPGW(3) 32 20% 38 c.u.

conjunto de retención doble de apertura hacia caja de empalme para cable OPGW(3) 4 25% 5 c.u.

cajas de empalme para OPGW(3) 6 25% 8 c.u.

amortiguadores para conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19(4) 756 5% 794 c.u.

amortiguadores para OPGW(3)(4) 252 5% 265 c.u.

empalme tensión completa para conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19(5) 18 40% 25 c.u.

manga reparación para conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19 12 0% 12 c.u.

contrapesos de 25 kg 12 20% 14 c.u.

contrapesos de 50 kg 102 10% 112 c.u.

esferas de señalización para cable OPGW (6) 0 10% 0 c.u.

grapas paralelas para jumpers para conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19 64 20% 77 c.u.

maquina de compresión para empalmes con dados para 1X1024.5 MCM ACAR 18/19 1 0 1 c.u.

Requerimiento de conductores y OPGW.

total requerido

Conductor 1X1024.5 MCM ACAR 18/19 86000 10% 94600 m

Cable OPGW (3) 29000 10% 31900 m

Cable cobre 1/0 AWG para PT(7) 380 50% 570 m

Observaciones a la tabla (1) El factor establece un valor de experiencia por posibles ajustes y cubre también los materiales que deberán quedar para el personal de

Mantenimiento de la línea

(2) Se estiman dos conjuntos de puesta a tierra mínimo por torre, pero eso dependerá de que durante la construcción se alcance el valor requerido por eso el 50%

(3)preliminar, se estiman 6 cajas, hay que definir primero el tipo de OPGW a utilizar y calcular longitudes de carretes dependiendo de ubicación de cajas de empalme

(4) el cálculo de amortiguadores es estimado, eso depende del resultado del estudio del fabricante que el ICE deberá revisar y aprobar

(5) Estimado, hay que afinar la cantidad de empalmes dependiendo de la estrategia de Construcción

(6) hay que revisar con Mto Región Chorotega y encargados del estudio impacto ambiental donde utilizar esferas de señalización, lo mismo que dispersores de aves, por ejemplo en el paso del río Tulín.

(7)Se agrega un 50% más de cable de cobre por posibles ajustes, ya que no se conoce la resistividad del terreno de la zona.

ANEXO A

ANEXO B

Cargas mecánicas en las estructuras del Desvío hacia futura ST Jacó

( para elaborar estas tablas, se han utilizado las mismas condiciones del conductor, referidas atrás para establecer los vanos de peso y viento de las estructuras)

Las cargas pueden variar levemente respecto al Informe de mayo del 2012, porque el programa PLS-CADD, en su ultima versión ajusta en los resultados los efectos de los contrapesos y ha ajustado

la ecuación de presión del viento.

PLANOS DE PLANTA Y PERFIL