Manual de Procedimientos Proyectos de Lneas de Transmisin

Introduccin

En este documento se presentaran los lineamientos y actividades requeridas para el diseo de lneas de Transmisin y Distribucin de potencia, esto referido a las normas de seguridad y las normas exigidas por la ENEE (Empresa Nacional de Energa Elctrica).

Objetivos

El objetivo de este manual es el de tener una base de lineamientos a seguir paso a paso los cuales cumplen con las normas pertinentes, y as reducir el tiempo de trabajo y errores comunes.Servir de utilidad para la capacitacin de nuevos empleados y de respaldo para cuando el encargado no est presente y se necesita un trabajo de lneas alguien ms pueda realizarlo con la ayuda de este documento.

CAPITULO 1

GENERALIDADES EN EL DISEO DE LNEAS DE TRANSMISIN

El diseo de lneas de transmisin lleva consigo varias actividades no relacionadas directamente con la electricidad y de las cuales el ingeniero de diseo debe tener al menos conocimientos bsicos.Dichas actividades son: Conocimiento de sistemas de coordenadas. Uso de dispositivo gps, para localizacin de puntos de coordenadas para determinar las posibles rutas de la lnea y puntos referentes a estructuras o puntos de inflexin.

El diseo de lneas de transmisin se realizara con el apoyo de varios software de diseo los cuales son:PLS CADD: Resumen de caractersticas: Un modelo de terreno 3-dimensional (incluyendo triangulacin automtica TIN) que le permite: Seleccionar su ruta pulsando el botn del ratn en los puntos de ngulo de lnea Mover las estructuras en las vistas de planta y perfil Generar automticamente el eje de lnea y perfiles laterales Identificar cualquier terreno u obstculo con un solo cdigo caracterstico y smbolo Dibujar automticamente la lnea de separacin de seguridad vertical requerida para cualquier voltaje especificado Reproducir el terreno en colores por elevacin e incidencia de luz Importar datos del terreno desde GPS, fotogrametra o equipos topogrficos de estacin total Un sistema simple para criterios de diseo de resistencia y separaciones de seguridad que le permiten especificar: Casos climticos con viento individual, hielo, temperatura, y ajustes de fiabilidad Factores de carga para verificar la resistencia de las estructuras Condiciones de cables (Inicial, despus de Fluencia o despus de carga Severa) Un modelo 3-dimensional de la lnea que lo permite: Representar todas las estructuras con todos las cables y aisladores sujetados Seleccionar estructuras y cables de las bibliotecas editables por el usuario Colocar estructuras interactivamente o automticamente (optimizacin de costo global) Tender y flechar la lnea interactivamente o automticamente Ejecutar cualquier clculo de flecha y tensin, incluso el efecto de fluencia Seleccionar varios modelos de conductor para representar mejor el comportamiento a elevada temperatura Determinar los completos rboles de cargas de diseo Calcular las separaciones verticales o laterales desde el suelo u obstculos a cualquier cable Verificar la resistencia de la estructura por mtodos de vano viento y peso permisibles Verificar la resistencia de la estructura por enlace directo a los programas de anlisis estructural Verificar las separaciones entre conductores y estructuras (incluso cables de riendas) Visualizar la lnea en 3-d con efecto real del viento en los cables y oscilaciones del aislador Un sistema de grficos que le permite: Generar automticamente planos de planta y perfil Controlar escalas de dibujos y configuracin de la pgina Trazar directamente o enviar los dibujos al sistema CAD comercial Exportar los planos de planta y perfil a PDF y automticamente desarrollar un sitio web Intranet (requiere Adobe Acrobat) Superponer fotografas areas o mapas en su vista de planta Digitalizar dibujos de planta y perfil escaneados

CAPITULO 2

ETAPAS PREVIAS A LA CONSTRUCCIN DE UNA LNEA DE TRANSMISIN.Al comenzar un nuevo proyecto debe definirse un nombre para dicho proyecto y crearse una carpeta de proyecto donde se encuentren ordenados y ramificados cada uno de los documentos de dicho proyectos incluyendo un protocolo de actividades y cumplimientos.Informacin Necesaria para definir El Proyecto de Lneas de Transmisin: Nombre del Proyecto Sitio y Trayectoria. (Punto de Inicio y Final de La Lnea) Potencia a Transmitir en La Lnea Nivel de Voltaje de La Lnea Frecuencia: 60 Hz Longitud Aproximada de La Linea.Levantamiento topogrficoDescripcin:El levantamiento topogrfico es la actividad que involucra al personal, equipo y herramientas necesarias para obtener datos de campo, y desarrollar en gabinete el procesamiento de la informacin hasta graficar la planta y el perfil del eje de la lnea, considerando la obtencin de cualquier elemento que se encuentre dentro de una franja de 20 m a cada lado del eje del trazo. En una etapa previa, y como parte del alcance de construccin, se incluye la elaboracin del levantamiento topogrfico en planta y perfil digitalizado en formato dwg o similar, el cual se considera como dato de entrada para la elaboracin de la ingeniera de localizacin de estructuras.

Consideraciones del Sitio y Trayectoria: La topografa del terreno. Condiciones climatolgicas de la regin. Sondeos realizados para definir el tipo de terreno existente y que determinar el diseo y construccin de los diversos tipos de cimentaciones. Los niveles freticos y los tirantes de inundacin mximos esperados en zonas bajas de la trayectoria. Nivel Isoceraunico de la Zona. Vas de comunicacin y servicios existentes. Flora y fauna existente. Cruzamientos.Ejecucin:Para realizar el levantamiento topogrfico se deben realizar visitas al sitio con el fin de reconocer el terreno y realizar el levantamiento de puntos GPS relevantes para la realizacin del bosquejo y estimar las diferentes alternativas que puedan surgir. (Normalmente de Dibujan tres posibles trazos de la lnea tomando para el diseo el que mejor cumpla con la relacin distancia/economa).Se usaran software de apoyo como google Earth para poder tener una mejor visin del terreno y mejorar as la presentacin de planos para el cliente.Para toma de puntos topogrficos hay que tener en cuenta: Tipo de Coordenadas a Utilizar. Las coordenadas normalmente usadas son UTM WGS84 Zona 16N. Los puntos se tomaran a una distancia de 5 metros cada uno en la direccin central de la lnea y para la obtencin de los puntos laterales se tomaran de 1 a 2 puntos a cada lado de la lnea cada 25 metros de desplazamiento. (Tomando ms puntos topogrficos en las reas donde se definan estructuras para tener un mejor detalle de las cimentaciones a realizar.) Cuando se presenten cruzamientos con vas de ferrocarril, autopistas, carreteras, caminos, ros, arroyos, otras lneas de transmisin, se deben tomar dichos puntos delimitados sobre la brecha de lnea y especificarlos.El tener planos de curvas de nivel del terreno mejora el trazado del terreno y de tenerlas deben ser incluidos en el modelado del terreno.Cdigo del PuntoDescripcin

200Terreno a Nivel del Suelo

201Talud

202Roca

210Punto de Inflexin

220Estacin

301Cruce de Lnea Secundario

302Cruce de Lnea 13.8 Kv

303Cruce de Lnea 34.5 Kv

304Cruce de Lnea 69 Kv

305Cruce de Lnea 138 Kv

306Cruce de Lnea 230 Kv

310Poste o Estructuras de Lnea

315Torre de Celosas

320Rtulos o Vallas Publicitarias

330Arboles

400Autopista

410Calle Pavimentada

411Calle de Tierra

412Camino

413Lnea Frrea

420Rio

421Quebrada

422Corriente de Agua

430Cuneta

431Acera

432Cerco

433Muro

440Edificio

441Casa

442Granero

450Puente

Con el fin de tener un mejor modelado del terreno se ha creado una tabla de cdigos caractersticos la cual se presenta a continuacin:

DISEO DE LINEAS DE TRANSMISION USANDO PLS CADD

Pasos y Criterios a Seguir para el Diseo de Lneas mediante el uso de PLS CADD:Terreno.Pasos para cargar y configurar el terreno.1. Definir el sistema de unidades: Se usara el sistema mtrico 2. Definir sistema de coordenadas: Se usara el sistema UTM WGS86 y cabe mencionar que nuestro territorio est dentro de la Zona 16 Norte.3. Una vez definidos los pasos anteriores procedemos a cargar nuestra tabla de cdigos caractersticos la cual se present anteriormente y planteamos los debidos libramientos segn sea el caso; estos libramientos se encuentran en el NESC (National Electric Safe Code), artculos del 230 al 239.4. Habiendo creado el cdigo caracterstico con sus respectivos libramientos procedemos a cargar los puntos GPS del terreno y de tenerlas las curvas de nivel.5. Ya con los puntos de terreno establecidos se realiza la triangulacin del terreno la cual se har con una distancia mnima de 25 metro y omitiendo puntos que no sean parte del terreno.6. Teniendo la triangulacin podemos crea el alineamiento de la lnea con respecto a los puntos de inflexin y libramientos de servidumbre.

Estos fueron los pasos necesarios para la digitalizacin del terreno y generacin de cdigos caractersticos y libramientos necesarios.Casos de Clima.Pasos para cargar y configurar los casos de clima.1. Primero debemos determinar la normativa a utilizar en nuestro caso es la NESC.2. Cargar los archivos de criterios los cuales se han descargado de la pgina oficial de power line sistem, quien es el proveedor del software utilizado, estos criterios estn divididos por tipos de construccin y clima segn zonas, asi que se utilizaran los criterios para islas clidas ya que dicho clima se asemeja al de nuestro territorio, veremos que dicho criterio esta para construcciones de grado B y C. determinamos el tipo de construccin de acuerdo a la norma 240 del NESC.3. Se pueden realizar cambios a los criterios elegidos de acuerdo al estudio que se haya realizado en la zona de la lnea tales cambios pueden ser por ejemplo: velocidad mxima del viento que se haya registrado en la zona.PendienteModelado de Sistemas de CablesExisten 4 mtodos los cuales se explican a continuacin:1. Mtodo de la longitud reguladoraste es por mucho el mtodo ms prctico y es aplicable a la abrumadora mayora de situaciones de diseo de lneas. Debe ser usado en todas las situaciones preliminares de diseo. Este mtodo es el que Ud. usar la mayor parte de las veces. Funciona bien con cargas de diseo reglamentarias, las cuales generalmente son aplicadas uniformemente sobre una seccin de traccin. Siempre debe ser utilizada en la etapa preliminar del diseo.

Suposiciones:1) El anlisis comprende un nico cabo (cable), en uno o ms tramos, entre extremos, o sea se asume que no hay interaccin entre el cable y otras fases del mismo circuito elctrico, o con cables en otros circuitos.

2) La componente horizontal de traccin a lo largo del cable en todos los tramos de la seccin de traccin entre los extremos es constante, o sea que se supone que todos los soportes intermedios son perfectamente flexibles en la direccin longitudinal. Esto puede no ser muy exacto, en el caso de aisladores de poste rgidos y de aisladores de suspensin cortos, sujetos a grandes cargas verticales. Usualmente se considera suficientemente exacto, en vista de todas las dems incertidumbres y aproximaciones asociadas con el diseo de lneas. Un reciente informe de la IEEE, titulado Limitaciones de los Mtodos de la Longitud Reguladora para Conductores Areos a Altas Temperaturas, provee algunas discusiones sobre este tpico (IEEE, 1997). La Gua de la IEEE para Determinar los Efectos de Operacin a Altas Temperaturas sobre los Conductores (IEEE, 2002) tambin menciona los problemas potenciales con el supuesto de la longitud reguladora, cuando se calculan las flechas a muy altas temperaturas.

Limitaciones:1) Todos los tramos necesitan estar sometidos a la misma carga, o sea que este nivel de modelado no es capaz de analizar situaciones con diferentes espesores de hielo en diversos tramos.

2) No hay manera de estudiar el efecto de la reubicacin floja debido al movimiento del punto de fijacin de un conductor o del corte/adicin de alguna longitud de cable en un tramo.

3) No hay forma de considerar los desplazamientos de soportes en un sistema en donde existe una longitud fija de cable; por ejemplo insertando o elevando una estructura para arreglar un problema de holgura sin volver a generar flechas en los cables.

4) Este nivel de modelado no puede ser utilizado para modelar una lnea ya existente, en donde han sido medidas tracciones desiguales en varios tramos de una seccin de traccin dada.

2. Modelado con Elementos Finitos Ignorando la Interaccin de CablesUtilidad y practicidad del mtodo:

Con este mtodo, se asume que todos los soportes (torres, postes y prticos) son infinitamente rgidos a no ser que elija insertar resortes ficticios entre los soportes y los aisladores.Para conductores sostenidos por torres reticuladas con aisladores de suspensin, el Nivel 2 debe proporcionar mejores flechas a muy altas temperaturas que el Nivel 1, y muy buenas aproximaciones de situaciones de cargas no balanceadas.

Suposiciones:1) Como con el Nivel 1, el anlisis comprende un solo cable entre extremos por vez, o sea que se asume que no hay interaccin entre los diferentes cables (otras fases).2) Se utiliza un modelo exacto de elementos finitos del cable en todos los tramos entre los extremos. Se asume que este modelo se encuentra en equilibrio longitudinal (o sea que la componente horizontal de traccin es igual en todos los tramos) para la condicin de enflechamiento, o sea para un caso de clima y condicin del cable especficos, o de longitudes no traccionadas pueden ser especificadas. Los aisladores de anclaje, suspensin y de 2 partes son modelados como elementos estructurales. Se asume que los puntos de fijacin en los extremos de los aisladores de poste y en los extremos de las estructuras, de los aisladores de anclaje, suspensin y de 2 partes son fijos en la direccin vertical, pero opcionalmente se les puede permitir movimiento en las direcciones transversal y longitudinal.Los movimientos transversales y longitudinales de los puntos de fijacin dependen de sus flexibilidades asumidas (o rigideces) transversales y longitudinales.Con flexibilidad cero, los soportes son fijos. Con relacin a este asunto, se provee ms informacin en el Apndice N.

3) Una vez que las tracciones en todos los tramos de la seccin de traccin han sido determinadas (a diferencia del Nivel 1, Ud. tendr diferentes tracciones en diferentes tramos), las correspondientes cargas de diseo son calculadas utilizando los mismos procedimientos que en el Nivel 1.

Limitaciones:Con el Nivel 2, el usuario puede aplicar diferentes cargas sobre diferentes tramos (hielo no balanceado, conductor roto, etc.); puede redistribuir las zonas flojas entre tramos y mover puntos de fijacin.Sin embargo:1) Todava no existe la consideracin del posible acople mecnico entre los cables en diferentes fases.2) En el caso de los aisladores de poste, es difcil saber cul valor de rigidez longitudinal debe ser usado.

3. Modelado Elementos Finitos Considerando Interaccin entre CablesEl modelado del Nivel 3 es similar al del Nivel 2, excepto que todos los cables entre dos estructuras de extremo limitantes e infinitamente rgidas (los extremos del modelo) son analizadas simultneamente, considerando entonces la posibilidad de alguna interaccin longitudinal entre las fases. Si una estructura de extremo est siendo verificada por resistencia, con cargas potencialmente diferentes en cada lado, las estructuras de extremo limitantes se encuentran en los extremos de las secciones de traccin, a la izquierda y a la derecha de la estructura que est siendo verificada. Si no se trata de un extremo limitante, una estructura en un extremo es tratada como cualquier otra en lo concerniente a su flexibilidad. La interaccin entre los cables es tomada en cuenta por medio de las matrices de flexibilidad de las estructuras soportantes entre los extremos limitantes. Con el Nivel 2, Ud. no considera la flexibilidad de la estructura (a no ser que especifique dos nmeros de flexibilidad en cada uno de los soportes. Con el Nivel 3, PLS-CADD determina una matriz de flexibilidad en cada estructura. Esta matriz es slo un dispositivo para representar el comportamiento de una estructura flexible sin tener que modelarla por completo, cuando la conecte a cables soportados (Peyrot y Goulois, 1978).

Utilidad y practicidad del mtodo:Este mtodo solamente funciona con estructuras de Mtodo 4, mientras que las matrices de flexibilidad para todas las estructuras son recalculadas automticamente por nuestros programas PLS-POLE y TOWER, cuando sean necesarias. Excepto por algn tiempo de procesamiento adicional, el Nivel 3 posee todas las ventajas del Nivel 2, sin las limitaciones de ste: toma en cuenta la interaccin entre los cables y lo libera de tener que asumir un valor para la flexibilidad. Sin embargo, tenga por anticipado que usar ms tiempo de procesamiento cuando use el Nivel 3, en comparacin al Nivel 2. El Nivel 3 es el mtodo recomendado cuando existen casos de cargas longitudinales en lneas soportadas por postes y prticos flexibles.

Suposiciones y limitaciones:Si una estructura de extremo est siendo verificada para cargas, o es parte de una seccin de traccin, para la cual son calculadas las tracciones, su matriz de flexibilidad, si estuviere disponible, ser tomada en cuenta.1) La interaccin entre los cables es modelada a travs de matrices de flexibilidad, las cuales son inherentemente lineales. Por tanto, los efectos no lineales de postes y prticos extremadamente flexibles (los cuales pueden representar del 10 al 20 por ciento de los esfuerzos), no pueden ser considerados. Las estructuras tensadas, las cuales son asimismo altamente no lineales, pueden no mostrar el comportamiento correcto.2) El efecto de las cargas de viento aplicadas directamente a las estructuras, sobre el equilibrio del sistema, no puede ser considerado.

4. Anlisis del Sistema Completo

En el Nivel 4, PLS-CADD modela todos los cables y estructuras de soporte de una gama completa de secciones de traccin, como una nica estructura gigantesca. Se crea automticamente un modelo de elementos finitos gigante, a partir de los modelos de elementos finitos individuales de los soportes individuales y de los cables interconectados. Este mtodo requiere que Ud. use estructuras de Mtodo 4.

Utilidad y practicidad del mtodo:Debido al gran nmero de nudos y de elementos en el gigantesco modelo de elementos finitos que es utilizado internamente, este mtodo puede ser prohibitivo en trminos de uso de procesos por computadora, ya que requiere de mayores magnitudes en tiempo de procesamiento y memoria que el Nivel 3. Sin embargo, Ud puede ser capaz de trabajar evitando las prohibitivas exigencias de tiempo de proceso y memoria al especificar que el Nivel 4 puede ser usado solamente para estructuras tensadas o flexibles, mientras que todas las torres reticuladas sean modeladas al Nivel 3.

Suposiciones:Un modelo de Nivel 4 incluye pocos supuestos limitantes, a no ser que el viento sea considerado. El modelo de elementos finitos es tan exacto como modelo de su lnea fsica tanto como Ud. pueda pretender. Existe una completa interaccin entre los cables, a travs del comportamiento exacto de las estructuras de soporte, incluyendo sus comportamientos no lineales.

Limitaciones:Aunque la idea de modelar exactamente, por elementos finitos, un segmento de lnea completo, es tericamente atractiva, su practicidad es limitada.1) Ud. raramente ser capaz de justificar la gran cantidad de tiempo necesario para operar un modelo de sistema completo. Tomar un largo tiempo para analizar slo un caso de carga.2) Algunos cdigos requieren que aplique factores de carga entre las reacciones en los extremos de los tramos y las estructuras de soporte. sta es una situacin imposible de modelar con el Nivel 4 (e incluso con el Nivel 3, si vamos al caso), puesto que las estructuras siempre reaccionarn a las cargas no mayoradas, provistas por los cables a los cuales estn conectadas, mientras que su cdigo puede dictar que Ud analice y verifique la resistencia de estas estructuras bajo cargas mayoradas.

3) Aunque podemos aplicar viento uniforme sobre un modelo completo (misma velocidad y direccin global soplando sobre todos y cada uno de los tramos de un modelo de tramos mltiples), esto no es realista. De hecho, nunca sabremos cual podra ser un viento adecuado o incluso reglamentario, con factores de respuesta de rfaga para ser aplicados simultneamente a todos los cables y estructuras.

Modelos de Viento y de HieloLas cargas de viento y de hielo son las cargas de diseo principales sobre una lnea de transmisin. Estas secciones describen conceptos generales, que son utilizados por PLSCADD para el clculo de cargas de viento y de hielo sobre el sistema de cables (conductores y cables de aterramiento) y sobre las estructuras de soporte. En nuestro caso las cargas de hielo son despreciadas.

Modelo de VientoViento de Referencia y su Incremento con la AlturaUna condicin de viento en PLS-CADD es descrita por un "viento de referencia" y diversos ajustes, los cuales pueden ser hechos para la altura sobre el terreno (inclusive la elevacin sobre el nivel del mar de acuerdo con algunos cdigos) y rfagas. La velocidad de referencia (o bsica) del viento, W. Es la velocidad del viento a la altura de referencia, usualmente tomada como 10 m (33 pies) sobre el suelo. Dependiendo del cdigo que rige su diseo, el viento de referencia puede ser un valor de rfaga (por ejemplo una rfaga de 3 segundos), o un valor con un promedio mayor (promedio de 1 minuto, promedio de 10 minutos, milla ms rpida, etc.). La velocidad del viento de referencia est relacionada con la correspondiente presin de referencia por la siguiente frmula:Presin de referencia a altura de referencia = Q x W^2

Donde el Factor de Densidad del Aire Q es tambin ingresado en la tabla de Weather Cases. El valor comn para Q en Unidades SI: Q = .6125

El Factor de Densidad del Aire Q puede ser cambiado para condiciones extremas de temperatura y elevacin sobre el nivel del mar. Mientras que el usuario puede especificar, sea un viento de referencia o una presin de referencia, debe estar consciente que, en todos los casos, es la presin de referencia mostrada la que es utilizada como punto inicial de todos los clculos de cargas de viento.