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Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
NDICE
Pg.
1.0 INTRODUCCIN 1.1
2.0 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS Y AMBIENTALES 2.1
2.1 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS 2.1
2.2 CARACTERSTICAS AMBIENTALES 2.1
2.3 PRESION DEL VIENTO 2.1
3.0 CLCULO DE LA CAPACIDAD TRMICA DEL CONDUCTOR 3.1
4.0 CLCULO MECNICO DEL CONDUCTOR Y DEL CABLE OPGW 4.1
4.1 CARACTERISTICAS DE LOS CONDUCTORES Y CABLE DE
COMUNICACIN OPGW
4.2 CLCULO DEL CREEP 4.2
4.3 SELECCIN DE LA TENSIN EDS DEL CONDUCTOR AAAC 4.2
4.4 HIPTESIS DE CARGA 4.2
4.5 COORDINACIN ENTRE CONDUCTOR DE FASE Y CABLE OPGW4.5
4.5.1 Coordinacin entre conductor de fase y cables OPGW 4.5
4.5.2 Hiptesis de carga para el cable OPGW 4.5
4.6 CAMBIO DE ESTADO DEL CONDUCTOR Y CABLE TIPO OPGW 4.6
4.6.1 Cambio de Estado del Conductor y Cable tipo OPGW 4.6
4.6.2 Resolucin de la Ecuacin de Cambio de Estado 4.6
5.0 CLCULO DE AISLAMIENTO 5.1
5.1 DISEO DEL AISLAMIENTO 5.1
5.1.1 Premisas de Diseo 5.1
5.1.2 Diseo mecnico de las cadenas de aisladores 5.1
5.1.3 Diseo elctrico 5.4
5.1.4 Seleccin de aisladores 5.7
6.0 DISTANCIA DE SEGURIDAD 6.1
6.1 DISTANCIA MNIMA A MASA 6.1
6.2 DISTANCIA MNIMA ENTRE FASES 6.1
6.2.1 Distancias Horizontal entre Conductores 6.1
6.2.2 Distancias Vertical entre Conductores instalados en el mismo
soporte 6.3
6.3 DISTANCIAS DE SEGURIDAD 6.3
6.3.1 Distancias mnimas de seguridad
7.0 DISEO MECANICO DE ESTRUCTURAS 7.1
7.1 DEFINICIONES BASICAS DE DISEO 7.1
7.2 DETERMINACIN DE CARGAS EN ESTRUCTURAS CON POSTES DE
CONCRETO, METAL Y TORRES DE CELOSIA 7.1
7.3 HIPTESIS DE CARGA: ESTRUCTURA DE SUSPENSIN O
ALINEAMIENTO Y NGULO 7.1
7.3.1 Hiptesis de Carga: Estructura de anclaje 7.4
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 2.2
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Pg.
7.3.2 Hiptesis de Carga: Estructura de Terminal 7.7
7.4 FACTORES DE SEGURIDAD 7.8
7.5 CRITERIOS PARA LOCACIN DE ESTRUCTURAS 7.9
7.5.1 Clculo del vano Mximo permisible 7.9
8.0 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 8.1
8.1 CRITERIOS Y CLCULOS PRELIMINARES 8.1
8.1.1 Condiciones ambientales 8.1
8.1.2 Criterios de diseo 8.1
8.1.3 Procedimiento de diseo 8.3
9.0 CONFIGURACIONES DE TIPO DE PUESTA A TIERRA 9.1
9.1 CONSIDERACIONES 9.1
9.2 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA POSTES METLICOS 9.1
9.2.1 Electrodo en disposicin vertical (PAT 1) 9.1
9.2.2 Contrapeso Horizontal (PAT C) 9.1
9.2.3 Contrapeso Horizontal en Oposicin (PAT D) 9.2
9.2.4 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT 1D) 9.2
9.2.5 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT 2D) 9.2
9.3 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA TORRES DE CELOSA 9.3
9.3.1 Contrapeso horizontal en Oposicin (PAT E) 9.3
9.3.2 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 1 electrodos (PAT-1E) 9.3
9.3.3 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-2E) 9.4
9.4 DETERMINACIN DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA 9.5
9.4.1 Resistencia de la Configuracin Tipo (PAT-1) 9.5
9.4.2 Resistencia con Contrapeso Horizontal (PAT-C y PAT-E) 9.6
9.4.3 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin (PAT-D y
PAT-E) 9.6
9.4.4 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin con dos
electrodos (PAT-2D) 9.6
9.4.5 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin con dos
electrodos (PAT-2E) 9.7
9.5 RESULTADOS DE LOS CLCULOS DE RESISTENCIA DE
PUESTA A TIERRA DE LAS CONFIGURACIONES 9.7
9.6 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 9.9
10.0 CLCULO DE LA CAPACIDAD DE TRANSMISIN
DEL CABLE SUBTERRNEO 10.1
10.1 CARACTERSTICAS TCNICAS DEL CABLE 10.1
10.2 CAPACIDAD DE CORRIENTE DEL CABLE DE ENERGA 10.2
11.0 OBRAS CIVILES
11.1 FUNDACIONES PARA LA LNEA AREA 11.1
11.1.1Consideraciones para el clculo 11.1
11.1.2Consideraciones para el clculo 11.1
11.1.3 Materiales 11.2
11.1.3 Resultados 11.2
11.2 CALCULO ESTRUCTURAL PARA EL TRAMO SUBTERRNEO 11.2
11.2.1Cargas consideradas 11.3
11.2.2Clculo del Momento Flector 11.4
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11.2.3 Resultado del clculo 11.5
ANEXOS:
ANEXO N 1 : CALCULO DE LA CAPACIDAD TRMICA DEL CONDUCTOR
PARA 50 C, 60 C, 70 C y 75 C
ANEXO N 2 : CALCULO MECANICO DE CONDUCTOR Y CABLE OPGW
ANEXO N 3 : CALCULO DEL VANO LATERAL
ANEXO N 4 : CLCULO DEL DIAGRAMA DE CARGAS DE ESTRUCTURAS
ANEXO N 5 : MEDICIN DE LA RESISTIVIDAD DEL TERRENO
ANEXO N 6 : FUNDACIONES DE LA LNEA AREA
ANEXO N 7 : OBRAS CIVILES DEL TRAMO SUBTERRNEO
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1.0 INTRODUCCION
En el presente documento se presentan los clculos justificativos del diseo electromecnico
de la Lnea de Transmisin 138 kV Socabaya - Parque Industrial, que incluye bsicamente
lo siguiente: clculo de la capacidad trmica del conductor, clculo mecnico del conductor,
clculo de aislamiento, clculo de diagrama de cargas en las estructuras, distancias de
seguridad y sistema de puesta a tierra.
Los clculos electromecnicos se efectuarn tomando como base a los criterios de ingeniera
comnmente usados para el diseo de lneas de transmisin de alta tensin en nuestro
medio.
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2.0 CARACTERISTICAS CLIMATOLGICAS Y AMBIENTALES
La lnea 138kV Socabaya-Parque Industrial se encuentra ubicado en los distritos de Jos
Luis Bustamante y Rivero, Socabaya, Jacobo Hunter y Sabanda en la provincia de
Arequipa, departamento de Arequipa.
A continuacin se presentan las caractersticas climatolgicas y ambientales de la zona del
proyecto, que rige el diseo de la lnea de transmisin area en estudio.
2.1 CARACTERSTICAS CLIMATOLGICAS
Las caractersticas climatolgicas de la zona del proyecto, se refieren bsicamente a los
principales parmetros, tales como: temperaturas, humedad relativa, presin de viento,
altitud, etc. que caracterizan la zona del proyecto.
Los principales parmetros climatolgicos de la zona del estudio son:
Altitud de la lnea : 2 300 m.s.n.m.
Temperatura ambiente mnima : 8C
Temperatura ambiente media anual : 15C
Temperatura ambiente mxima : 22C
Humedad relativa mnima : 27%
Humedad relativa media anual : 46%
Humedad relativa mxima : 70 %
Sismicidad : Alta
2.2 CARACTERSTICAS AMBIENTALES
Las caractersticas climatolgicas de la zona del proyecto, se refieren bsicamente a los
principales parmetros, tales como: temperaturas, humedad relativa, presin de viento,
altitud, etc. que caracterizan la zona del proyecto.
2.3 PRESIN DE VIENTO
La presin de viento que se aplicarn sobre las reas proyectadas de los conductores,
estructuras de soporte y aisladores, se calcular mediante la frmula del Cdigo Nacional de
Electricidad Suministro 2011, regla 250.C., que a continuacin se presenta:
PV = K x V x Sf x A (a)
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Donde:
PV = Carga en Newton
K = 0,613 Constante de Presin, para elevaciones hasta 3 000 m.s.n.m.
V = Velocidad del viento en m/s
Sf = Factor de forma
1,00 para conductores, aisladores y postes de concreto o metlico.
3,2 para torres de celosa
A = rea proyectada en m2
La velocidad del viento se aplicar segn el Cdigo Nacional de Electricidad Suministro
para la zona C de carga y rea 0 para altitudes menores a 3 000 m.s.n.m., utilizando la
Tabla 250-1.B y la formula de la regla 250.C, en donde se establece la velocidad horizontal
de viento igual a 26,0 m/s (94 km/h) relacionado con una temperatura del medio ambiente
de 10C.
Remplazando en la frmula (a):
Para conductor, cable de fibra ptica OPGW, postes de acero galvanizado y aisladores
Pv = 0,613 x (26,11) x 1,00 x 1,00 = 417,94 N/m = 42,60 kg/m
Para estructuras de celosa (torres):
Pv = 0,613 x (26,11) x 3,20 x 1,00x1,00 = 1 337,40 N/m = 136,33 kg/m
Las presiones de viento que se aplicaran a los diversos elementos son los que se resumen en
el Cuadro N 3.1.
Cuadro N 3.1
PRESION DE VIENTO
ELEMENTOS DE LA LNEA DE TRANSMISIN
PRESION DE VIENTO
(kg/m)
Estructuras de acero en celosa (torres) 136,33
Postes de acero galvanizado 42,60
Conductor y cable OPGW 42,60
Cadena de aisladores y aisladores polimricos 42,60
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3.0 CLCULO DE LA CAPACIDAD TRMICA DEL CONDUCTOR
3.1 CLCULO DE AMPACITANCIA
Del clculo de la capacidad trmica para un conductor trenzado desnudo, en donde son
conocidas la temperatura del conductor (Tc) y los parmetros ambientales del estado estable
(Ta = temperatura ambiente, Vv = velocidad del viento, etc.), se efecta mediante la
siguiente ecuacin de balance trmico.
csrc TRIqqq2
; (1a)
Esta ecuacin de balance trmico est conformada por las prdidas de calor debido a la
conveccin y radiacin (qc y qr), ganancia debido al calor solar (qs) y resistencia del
conductor R(Tc); en donde la corriente (I) que produce la temperatura del conductor bajo
las condiciones ambientales establecidas; se calculan mediante la ecuacin de balance de
calor en estado estable.
c
src
TR
qqqI (1b)
Donde:
..
60
acenconductordelinealpieporaresistenciTR
HzaamperiosenconductordelcorrienteI
solarnirradiaciporganadocalorq
radiacinporperdidocalorq
conveccinporperdidocalorq
c
s
r
c
Este clculo se puede realizar para cualquier temperatura de conductor y condiciones
ambientales; es este caso se utilizan valores de velocidad de viento igual a 2 pies/segundo y
una temperatura ambiente mxima igual a 22 C, para calcular la capacidad trmica en
estado estable del conductor del estudio.
Como las tasas de prdida de calor por radiacin y conveccin no son linealmente
dependientes de la temperatura del conductor, la ecuacin de balance de calor se resuelve
para la temperatura del conductor en trminos de corriente y variables ambientales mediante
un proceso iterativo. Esto para una corriente de conductor:
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 3.2
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Se asume la temperatura de conductor;
Se calculan las correspondientes prdidas de calor;
Se calcula la corriente de conductor que resulta de la temperatura inicial de
conductor asumida;
La corriente calculada es comparada con la corriente de conductor dado;
La temperatura del conductor es luego aumentada o disminuida hasta que la corriente
calculada iguale a la corriente dada.
El clculo de la capacidad trmica del conductor y la temperatura del conductor para una
capacidad dada, se efecta mediante el programa de cmputo de la norma IEEE Std.738-
2006 Clculo de las Relaciones Corriente Temperatura de Conductores Areos
Desnudos .
A continuacin se muestra el clculo de la mxima potencia de transmisin, a la temperatura
mxima de operacin que soporta el conductor es decir a 75C.
IEEE Std. 738-2006 method of calculation
Air temperature is 22.00 (deg C)
Wind speed is 0.61 (m/s)
Angle between wind and conductor is 90 (deg)
Conductor elevation above sea level is 2300 (m)
Conductor bearing is 90 (deg) (user specified bearing, may not be value
producing maximum solar heating)
Sun time is 13 hours (solar altitude is 74 deg. and solar azimuth is -61
deg.)
Conductor latitude is 16.3 (deg)
Atmosphere is CLEAR
Day of year is 164 (corresponds to junio 12 in year 2012) (user specified
day, may not be day producing maximum solar heating)
Conductor description: AAAC - CAIRO - 240
Conductor diameter is 1.988 (cm)
Conductor resistance is 0.1423 (Ohm/km) at 25.0 (deg C)
and 0.1702 (Ohm/km) at 75.0 (deg C)
Emissivity is 0.7 and solar absorptivity is 0.7
Solar heat input is 16.729 (Watt/m)
Radiation cooling is 17.595 (Watt/m)
Convective cooling is 52.781 (Watt/m)
Given a maximum conductor temperature of 75.0 (deg C),
The steady-state thermal rating is 561.4 amperes
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 3.3
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La corriente obtenida de 561,4 A es equivalente a 134,18 MVA de potencia para una
temperatura de operacin mxima de 75 C.
En condiciones normales la potencia que transmitir esta lnea es de 80 MVA y para este
valor la temperatura de operacin es de 48 C, y en condiciones de contingencia se podr
transmitir hasta 134 MVA.
En el Anexo N 1 se presentan los clculos de ampacitancia del conductor para varias
temperaturas.
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4.0 CLCULO MECANICO DEL CONDUCTOR Y DEL CABLE OPGW
4.1 CARACTERSTICAS DE LOS CONDUCTORES Y CABLE DE
COMUNICACIN OPGW
Las caractersticas del conductor y cable OPGW que se usaran en los tramos de la lnea de
transmisin 138 kV Socabaya-Parque Industrial, son las siguientes:
a) Caractersticas del Conductor de Suministro
Las caractersticas tcnicas de los conductores de suministros son los siguientes:
Las caractersticas del conductor de fase seleccionado es el siguiente:
- Nivel de Tensin : 138 kV
- Tipo : AAAC
- Cdigo : CAIRO
- Calibre : 465.4 MCM
- Seccin : 235,8 mm
- Dimetro : 19,88 mm
- N de hilos x dimetro : 19x3,975 mm
- Peso unitario : 0,650 kg/m
- Carga de rotura mnima : 7 076 kg
- Mdulo de elasticidad final : 6 300 kg/mm
- Resistencia elctrica 20C en CC : 0,142 ohm/km
- Resistencia elctrica 25C en AC : 0,1423 ohm/km
- Resistencia elctrica 75C en AC : 0,1702 ohm/km
- Coeficiente de expansin lineal : 23 E-06 C-1
b) Caractersticas del Cable OPGW
La lnea de transmisin de 138 kV, llevar un cable tipo OPGW con refuerzo no metlico
para las fibras, el cual tendr las siguientes caractersticas mecnicas:
- Tipo : OPGW
- Seccin : 70 mm
- Dimetro : 13,6 mm
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 4.2
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- Peso unitario : 0,550 kg/m
- Carga de rotura mnima : 7 880 kg
- Mdulo de elasticidad final : 12 500 kg/mm
- Coeficiente de expansin lineal : 14,4 E-06 C-1
4.2 CLCULO DEL CREEP
Se calcula el efecto del creep (elongacin inelstica) para el conductor AAAC-240 mm
seleccionado para la lnea area de 138 kV.
El clculo del creep se efecta para la condicin sin pretensado con 8C adicionales al EDS,
utilizando el mtodo CIGRE (Revista Electra N 75), para lo cual se asume los siguientes
tiempos para cada estado del conductor:
- Tiempo total 20 aos ( 175 200 horas)
- Tiempo de tendido 2 160 horas
- Tiempo de tiro mximo 219 horas
- Tiempo de mxima temperatura 4 562 horas
Este clculo se realiza mediante una hoja de clculo que se adjunta a continuacin:
CALCULO DE CREEP
DATOS DE INGRESO
DESCRIPCION SIMBOLO UNIDAD VALOR
NIVEL DE TENSION kV 138
CONDUCTOR AAAC
CALIBRE 240
SECCION DEL CONDUCTOR s mm2 235.8
DIAMETRO DEL CONDUCTOR mm 19.88
PESO DEL CONDUCTOR Wc kg/m 0.65
CARGA DE ROTURA MINIMA To kg 7076
MODULO DE ELASTICIDAD E kg/mm2 6300
COEF. DE DILATACION LINEAL C-1 2.30E-05
EDS kg/mm2 4.80
= Constante 0.15
= Temperatura media del conductor (C) 20
= 1.4
= esfuerzo en el conductor en la condicin E.D.S (kg/mm) 4.80
= 1.3
= 0.16
t = tiempo en horas
Temperatura Equivalente
Tiempo Tiempo (t) Creep Temperatura (C)
Aos horas (mm/km) Equivalente
3 dias 72 151.52 6.59
1 8760 175.15 7.62
2 17520 213.46 9.28
3 26280 237.92 10.34
4 35040 256.27 11.14
5 43800 271.09 11.79
6 52560 283.60 12.33
7 61320 294.46 12.80
8 70080 304.10 13.22
9 78840 312.76 13.60
10 87600 320.66 13.94
11 96360 327.91 14.26
12 105120 334.63 14.55
13 113880 340.90 14.82
14 122640 346.77 15.08
15 131400 352.30 15.32
16 140160 357.53 15.54
17 148920 362.50 15.76
18 157680 367.22 15.97
19 166440 371.72 16.16
20 175200 376.04 16.35
21 183960 380.17 16.53
22 192720 384.14 16.70
23 201480 387.97 16.87
24 210240 391.65 17.03
25 219000 395.21 17.18
26 227760 398.65 17.33
27 236520 401.99 17.48
28 245280 405.22 17.62
29 254040 408.35 17.75
30 262800 411.40 17.89
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Series1
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 4.3
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CALCULO DE CREEP
DATOS DE INGRESO
DESCRIPCION SIMBOLO UNIDAD VALOR
NIVEL DE TENSION kV 138
CONDUCTOR AAAC
CALIBRE 240
SECCION DEL CONDUCTOR s mm2 235.8
DIAMETRO DEL CONDUCTOR mm 19.88
PESO DEL CONDUCTOR Wc kg/m 0.65
CARGA DE ROTURA MINIMA To kg 7076
MODULO DE ELASTICIDAD E kg/mm2 6300
COEF. DE DILATACION LINEAL C-1 2.30E-05
EDS kg/mm2 4.80
= Constante 0.15
= Temperatura media del conductor (C) 20
= 1.4
= esfuerzo en el conductor en la condicin E.D.S (kg/mm) 4.80
= 1.3
= 0.16
t = tiempo en horas
Temperatura Equivalente
Tiempo Tiempo (t) Creep Temperatura (C)
Aos horas (mm/km) Equivalente
3 dias 72 151.52 6.59
1 8760 175.15 7.62
2 17520 213.46 9.28
3 26280 237.92 10.34
4 35040 256.27 11.14
5 43800 271.09 11.79
6 52560 283.60 12.33
7 61320 294.46 12.80
8 70080 304.10 13.22
9 78840 312.76 13.60
10 87600 320.66 13.94
11 96360 327.91 14.26
12 105120 334.63 14.55
13 113880 340.90 14.82
14 122640 346.77 15.08
15 131400 352.30 15.32
16 140160 357.53 15.54
17 148920 362.50 15.76
18 157680 367.22 15.97
19 166440 371.72 16.16
20 175200 376.04 16.35
21 183960 380.17 16.53
22 192720 384.14 16.70
23 201480 387.97 16.87
24 210240 391.65 17.03
25 219000 395.21 17.18
26 227760 398.65 17.33
27 236520 401.99 17.48
28 245280 405.22 17.62
29 254040 408.35 17.75
30 262800 411.40 17.89
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Series1
La temperatura equivalente en el conductor AAAC debido al efecto CREEP para 20 aos de
instalado es: 16,35 C.
Para la localizacin de las estructuras se usar una temperatura equivalente igual a 75 C +
16,35 C = 91,35 C
4.3 SELECCIN DE LA TENSIN EDS DEL CONDUCTOR AAAC
La seleccin de la tensin media EDS del conductor tipo AAAC, se efecta considerando
las limitaciones establecidas en la regla 261.H.1 del CNE Suministro 2011.
A partir de la condicin que la superficie del terreno es relativamente planas y que los vanos
dentro de la zona urbana sern en promedio de 180m, se ha establecido la tensin EDS en
condicin inicial igual a 16 % de la resistencia a la rotura nominal del conductor, resultando
que para la condicin final la tensin EDS quede en el orden del 12 al 14% de la resistencia
a la rotura nominal del conductor.
Las condiciones ambientales que regir el estado EDS es una temperatura media anual de
15C y sin carga de viento.
La componente horizontal de la tensin de traccin del conductor, en condicin EDS inicial
ser la siguiente:
2
2/80,4
100
16
8.235
7076%16 mmkg
mm
kgInicialEDS
Los esfuerzo en condicin inicial es utilizado para el dimensionamiento de las estructuras en
condicin de viento mximo transversal.
4.4 HIPTESIS DE CARGA
Las hiptesis de carga que regirn el cambio de estado del conductor tipo AAAC de
240 mm, corresponde a la Zona C y el rea 0 de carga y son los siguientes:
Hiptesis 1 Condicin EDS Inicial
Presin de viento medio, 0 kg/m
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 4.4
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
Temperatura media, 15 C (Condiciones del sitio)
Esfuerzo unitario, 16% de resistencia de rotura nominal, condicin Inicial
Hiptesis 2 Condicin de carga de viento slo
Presin de viento mximo, 42,60 kg/m.
Temperatura, 10 C ( Segn recomendacin del CNE Suministro 2011)
Segn la regla 261.H.1.a se verifica que el esfuerzo mximo del conductor, no debe superar
el 60% de la resistencia a la rotura nominal, aplicando el factor de sobrecarga
correspondiente.
Hiptesis 3 Condicin de carga de viento y hielo combinado
Presin de viento reducido, 10,65 kg/m
Temperatura, 5 C ( Segn recomendacin del CNE Suministro 2011)
Espesor de manguito de hielo, 0 mm
Densidad del hielo, 913 kg/m3
Hiptesis 4 Condiciones de mxima temperatura
Presin de viento, 0 kg/m
Temperatura, 91,35 C, para condicin final, en donde se incluye la temperatura
ambiente mxima + la temperatura del conductor por paso de la corriente (75 C) + la
temperatura por efecto CREEP (16,35 C).
Esta hiptesis se utiliza en la ubicacin de estructuras y verifica la distancia de seguridad del
conductor respecto al suelo.
Hiptesis 5 Condiciones de oscilacin de la cadena
Presin de viento, 190 Pa
Temperatura, 25 C
Esta hiptesis se utiliza para determinar el ngulo de oscilacin de las cadenas de aisladores
en la estructura en zonas urbanas. Para zonas rurales se debe utilizar la presin de viento
equivalente a 290 Pa.
4.5 COORDINACION ENTRE CONDUCTOR DE FASE Y CABLE OPGW
4.5.1 Coordinacin entre conductor de fase y cables OPGW
Con la finalidad de determinar en forma adecuada la separacin entre los conductores de las
fases superiores y los cables de guarda a lo largo de los vanos de la lnea, se efecta la
coordinacin de tensiones mecnicas, que implica necesariamente una coordinacin de
flechas entre conductor de fase y cables de guarda.
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 4.5
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La prctica comn en proyectos de este nivel establece la siguiente relacin: la flecha del
cable OPGW ser igual al 90 % de la flecha del conductor, calculado en condiciones EDS
inicial.
De la coordinacin con el conductor AAAC 240 mm de la lnea de transmisin de 138 kV,
resultan los siguientes tensados:
Tensado EDS del conductor : 16%
Tensado EDS del cable OPGW : 13.5%
4.5.2 Hiptesis de carga para el cable OPGW
Las hiptesis de carga a utilizar en los cables de guarda OPGW son las siguientes:
Hiptesis 1 Condicin EDS final
Presin de viento medio, 0 kg/m
Temperatura media, 15 C
Esfuerzo unitario, 13,5% de resistencia de rotura nominal, condicin final
Hiptesis 2 Condicin de carga de viento slo
Presin de viento mximo, 42,60 kg/m.
Temperatura, 10 C
Segn la regla 261.H.1.a. se verifica que el esfuerzo mximo del conductor o cable tipo
OPGW, no debe superar el 60 % de la resistencia a la rotura nominal, aplicando factor de
sobrecarga correspondiente.
Hiptesis 3 Condicin de carga de viento y hielo combinado
Presin de viento reducido, 10,65 kg/m
Temperatura, 5 C
Espesor de manguito de hielo, 0 mm
Densidad del hielo, 913 kg/m3
Hiptesis 4 Condiciones de mxima temperatura
Presin de viento, 0 kg/m
Temperatura, 22 C, para condicin final.
4.6 CAMBIO DE ESTADO DEL CONDUCTOR Y CABLE TIPO OPGW
4.6.1 Cambio de Estado del Conductor y cable tipo OPGW
El cambio de estado del conductor para las diferentes vanos y distintas condiciones
ambientales, se efectuar mediante la siguiente ecuacin cbica:
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 4.6
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
02424
322
12
32223 ESCosWd
SESCosttS
ECosWdTT
f
i
i
iff
Donde:
Tf = Tiro horizontal final (kg)
d = Vano (m)
Wi = Peso unitario inicial (kg/m)
Wf = Peso unitario final (kg/m)
S = Seccin del conductor (mm)
i = Esfuerzo horizontal unitario inicial (kg/mm)
t2 = Temperatura final (C)
t1 = Temperatura inicial (C)
= Coeficiente de dilatacin lineal (1/C)
E = Mdulo de elasticidad (kg/mm)
2
1
1
D
HCos
H/D = Relacin desnivel / vano
4.6.2 Resolucin de la Ecuacin de Cambio de Estado
La Ecuacin de Cambio de Estado del conductor se realiza mediante la ejecucin del
programa de cmputo CAMECO2 el cual resuelve la ecuacin del cambio de estado
utilizando el Mtodo de Cardn, siendo la ecuacin a resolver:
X PX Q3 0
Donde los coeficientes P y Q son definidos de la siguiente manera:
; QS
d W ECosf
24 2
2 2 3
En el Anexo N2, se presentan las salidas de los cambios de estado del conductor AAAC-
240 mm y del cable tipo OPGW, presentando para cada vano seleccionado los siguientes
resultados: esfuerzos unitarios finales, tiros horizontales finales, tiros mximos, flechas en
estado final y parmetros de mxima temperatura.
PW
W
S t t
d W Cos
S
d W ECos
i
i f f
i
f
2
2 2
2
2 1
2 2 2
2
2 2 3
24 24( )
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
5.0 CLCULO DE AISLAMIENTO
5.1 DISEO DEL AISLAMIENTO
5.1.1 Premisas del diseo
El diseo del aislamiento de la Lnea Area de 138 kV SE Socabaya SE Parque Industrial,
se efecta considerando los siguientes criterios:
Diseo mecnico:
a. Clculo de aisladores polimricos tipo line post para las estructuras de suspensin;
b. Clculo de la cadena de aisladores polimricos para las estructuras de anclaje
Diseo Elctrico:
a. Sobretensin a frecuencia industrial
b. Sobretensin de maniobra
c. Sobretensin de impulso atmosfrico
d. Distancia de fuga
5.1.2 Diseo mecnico de las cadenas de aisladores
El diseo mecnico para cadena de aisladores polimricos se efecta para estructuras de
suspensin y de anclaje de la lnea de transmisin.
a) Aislador tipo line post Lnea de 138 kV
a1) Condicin de mximo viento (direccin vertical)
Temperatura mnima, 10 C
Viento mximo transversal al eje de la lnea, PV = 42,60 kg/m
Se debe de cumplir que:
P > fs x (V2/2+ V1)
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 5.2
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Se deprecia el efecto de T1, T2 (compresin, traccin)
Donde:
P = esfuerzo de rotura al cantilver
L1 = tiro transversal debido al viento sobre el conductor
L2 = fuerza del viento sobre el aislador
T3 = carga transversal debido al ngulo de desvo
T3 = T x sen /2
= ngulo de desvo (ngulo) (3 )
T = Tiro longitudinal del conductor en EDS
L = tiro longitudinal del conductor en condicin de mximo viento
V1 = peso del conductor, para el vano peso de 450
V2 = peso de aislador + peso de herrajes (47,1 kg)
fs = factor de seguridad 2,5
Remplazando se obtiene: P > 2,5 x (20/2+ 0,65 x 450) kg
P > 756,26 kg
a2) Condicin EDS direccin longitudinal (rotura)
Temperatura media, 15 C
Viento mximo transversal al eje de la lnea, PV = 0 kg/m
2
12
2
12 2/2/ LLVVfsP
L1 = k.T.cos /2 = 0,3*1110= 333 kg Donde k = 0,3
L2 = Pv.Aa = 0 kg.
P = 359,8 kg. = 3,53 kN
Despus de la rotura del conductor, se utilizan los siguientes coeficientes de reduccin de
tiro y el aislamiento utilizar el siguiente factor de seguridad (fs) y coeficiente de reduccin
de Tiro (K):
fs = 2,00 y K = 0,75
En este caso:
2
1
2
3
2
12 ')( LKTVKVfsP
Donde K = 0,7 (factor de impacto de rotura) T3 = 0
P = 668,2 kg = 6,81kN
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 5.3
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b) Aislador de anclaje (polimrico)
El clculo mecnico de los aisladores polimricos en posicin de anclaje se verificar solo
para la condicin de rotura del conductor, en condiciones normales (EDS) es decir para
temperatura media y sin presin de viento.
En este caso se debe cumplir que:
L P/fs y . L1 Po
P = Esfuerzo de rotura del aislador y herraje, en kg
Po= Lmite elstico del herraje de la cadena de rotura de herraje. (60%)
L = Tiro longitudinal mximo antes de la rotura del conductor
L1 = Tiro longitudinal mximo antes de la rotura del conductor (condicin EDS)
= Coeficiente de impacto en caso de rotura del aislador de anclaje, se asume lo siguiente:
= 4 para conductor ACAR o AAAC
fs = 2,00
Del resultado del clculo mecnico del conductor L = 1 765 daN
En el momento de la rotura P = 35,30 kN
Po = 44,40 kN
Adems segn el CNE, que los herrajes de fijacin, no deben exceder del 80% de su
resistencia a la rotura nominal, por lo tanto la fuerza de rotura de los herrajes debe estar
afectada por un factor de seguridad de 1,25
Por lo tanto los herrajes deben de cumplir tener un esfuerzo de rotura mnimo de:
P = 1,25*44,40 55,50 kN
En el Cuadro N 5.1 siguiente se presenta un resumen con el resultado de los clculos.
Cuadro N 5.1
TABLA DE RESULTADOS DEL CLCULO MECNICO DE AISLADORES
Tipo de
Cadena
Esfuerzo de Rotura de Aisladores
Rotura
Herrajes
(kN) R % k FS
Normal
(kN)
A la
rotura del
conductor
(kN)
Suspensin
(Line Post)
40 - - 2,5 3,53 - 6,81
50 0,3 0,7 2,0 - 6,81
Anclaje
(Polimrico)
100 0,0 - 1,0 35,30 - 55,50
100 0,0 4,0 1,0 - 55,50
5.1.3 Diseo Elctrico
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 5.4
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5.1.3.1 Diseo del Aislamiento por Distancia de Fuga
La seleccin del aislamiento se efectuar para el Nivel de Contaminacin Medio, segn las
recomendaciones para el clculo de la distancia de fuga presentadas en la norma IEC-815 y
se considera el factor por altitud segn la Norma IEC 600071-1.
La lnea de transmisin a 138 kV en estudio, se caracteriza por desplazarse en una zona
urbana rural con una altitud promedio de 2 300 m.s.n.m., con escasa vegetacin y con poca
humedad, en donde se presentan vientos fuertes y lluvias frecuentes; para estas condiciones
se ha establecido una distancia de fuga unitaria de 25 mm/kV.
Por lo tanto: Df = 25 (mm/kV) x Vmax (kV) x Ka
Factor de correccin por Altitud (ka)
Hasta los 1 000 m.s.n.m.
Mayor a 1000 m.s.n.m.
Donde:
m= 1 y H: altitud
Por lo tanto : ka = 1,17
Obtenemos : Df = 4 241,25 mm
5.1.3.2 Diseo de Aislamiento a Frecuencia Industrial, Hmedo
Se calcula el Voltaje Resistente corregido por factores ambientales y se verifica si el
resultado es menor que las indicadas en la Normas IEC, se toma el valor descrito en las
normas, en caso contrario se consideran el valor obtenido.
Se calcula el sobrevoltaje lnea a tierra a frecuencia industrial ( )VF1
KfKsvV
VF LL
31
Donde:
3
LLV = Valor de tensin lnea a tierra;
Ksv = Sobrevoltaje permitido en operacin normal, por lo general 5% (Ksv = 1,05);
Kf = Factor de incremento de la tensin en fases sanas durante falla monofsica a tierra
(Kf = 1,3).
)8150
(H
m
a ek
)8150
1000(
Hm
a ek
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 5.5
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Reemplazando se obtiene: 1VF = 108,76 kV
Clculo del Voltaje Crtico Disruptivo (VCFO): 31
1VFVCFO
Donde: = 6% para voltaje a frecuencia industrial hmedo.
Remplazando: KVVCFO 63,132
El Voltaje Crtico Disruptivo Corregido (VCFOC) a frecuencia industrial 60 Hz es:
Se efecta la correccin para la zona de 1 000 2 300 msnm
FCVKrKDRA
HvVV CFOnCFOCFOC
11
1
1
Donde el FC es:
Hv = Factor de correccin del voltaje por humedad, segn grficos N 6.1 y N 6.2.
DRA = Factor de correccin por Densidad Relativa del aire, segn grfico N 6.3
n1 = Exponente que es funcin de la distancia a masa, es igual a 1.
K1 = Factor de correccin por tasa de precipitacin, segn grfico N 6.4
Kr = Factor de correccin por resistividad del agua de lluvia, segn grfico N 6.5, se
asume igual a 1.
Los grficos mencionados se muestran en el Anexo 3, de donde se obtienen para el rea de
carga A1 los siguientes factores de correccin:
72,1
00,1;67,0;783,0;90,0 1
FC
KrKDRAHv
El Voltaje Crtico Disruptivo a 60 Hz corregido por factores ambientales es:
kVVCFOC 41,22872,163,132
Segn la norma IEC, para una tensin mxima del sistema de 145 kVrms, el Voltaje
Resistente a Frecuencia Industrial fase- tierra y fase - fase es de 275 kVrms
Aplicando la correccin por altitud se obtiene lo siguiente: 275 x 1,17 = 321,75 kV rms
El valor de la norma superior es de 325 kV eficaz.
Distancia mnima a masa: De la curva de sobrevoltaje a frecuencia industrial para el
espaciamiento en aire entre conductor y estructura:
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 5.6
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D = 0,5 m
b) Clculo del Voltaje Resistente a Frecuencia Industrial, Hmedo
El Voltaje Resistente o Voltaje No Disruptivo a 60 Hz corregido por factores ambientales
es:
kVrmsVVND CFOC 29,18782,041,228)31(
c) Tensin disruptiva con la tensin de perforacin dielctrica. CNE Norma 272
VCFOC/Vp < 75%
Vp > 304,54 kV
5.1.3.3 Diseo de Aislamiento por Sobretensin de Impulso atmosfrico
Segn la norma IEC el voltaje resistente a sobretensin de impulso tipo rayo fase tierra y
fase fase es igual a 650 kV pico.
Aplicando factor de correccin por la densidad relativa del aire a 2300 m.s.n.m.
Tenemos:
Densidad del aire
b: Presin baromtrica a 2300 m.s.n.m.
Por lo tanto = 0,783
El Voltaje Resistente al Impulso Atmosfrico 1,2/50 corregido la densidad relativa del aire
de la zona:
Nmero de desviaciones estndar alrededor de la media: 1,3
Desviacin estndar: 3%
Por lo tanto VNDc = 650*(1/ )/(1-*ND) = 650*(1/0.783)/(1-3/100*1,3) = 864 kVp
Distancia mnima a masa: De la curva de sobrevoltaje a frecuencia industrial para el
espaciamiento en aire entre conductor y estructura:
D = 1,4 m
5.1.3.4 Diseo de Aislamiento por Sobretensin de maniobra
Tenemos que calcular en primero tensin de sostenimiento que viene dada por la siguiente
expresin:
Donde:
t
b
273
*92,3
:
sCF fVV3
2max
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Vmax : Tensin mxima de operacin. Vmax = 145 kV
fs : Factor de sobretensin de maniobra. fs = 3
Por lo tanto:
VCO = 355,2 kVp
Tensin critica disruptiva en condiciones estndar:
Por lo tanto: VCFO = VCO/(1-*ND)
ND : Nmero de desviaciones estndar alrededor de la media: 3
: Desviacin estndar: 6%
VCFO = 433,2 kVp
Aplicamos la correccin por altura:
VCFOc = VCFO/ = 553,18 kVp
Distancia mnima a masa: De la curva de sobrevoltaje transiente o de maniobra para el
espaciamiento en aire entre conductor y estructura
D = 1,38 m
5.1.4 Seleccin de aisladores
El aislamiento de la lnea de transmisin determinado por los criterios definidos en los puntos
anteriores estar conformado por cadenas de aisladores con las caractersticas mnimas
descritas en el Cuadro siguiente:
Cuadro N 5.2
VALORES MNIMOS DE RESISTENCIA ELCTRICA Y MECNICO DE AISLADORES
Tipo Tensin
(kV)
Sobretensin
a frecuencia
Industrial
(kVrms)
Sobretensin
atmosfrica
(kVpico)
Distancia
de Fuga
(mm)
Fuerza de
rotura al
cantilever
(kN)
Fuerza de
rotura
(kN)
Longitud
a masa
(mm)
Suspensin 138 325 864 4 241,25 6,81 - 1 400
Anclaje 138 325 864 4 241,25 - 55,50 1 400
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM
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6.0 DISTANCIA DE SEGURIDAD
6.1 DISTANCIA MNIMA A MASA
La distancia mnima a masa en la estructura se determinar mediante la regla 234.A.2 del
CNE distancia de seguridad horizontal (con desplazamiento debido al viento).
En el desplazamiento horizontal debido a viento, los conductores debern ser considerados
como desplazados de la posicin de reposo hacia la misma estructura u otra instalacin por
un viento de 190 Pa de presin, en una flecha final a 25C. Cuando la lnea se desplaza en
reas urbanas.
Para un vano viento de 200 m y un vano peso promedio mnimo de 200 m, con una presin
de viento de 190 Pa 19,37 kg/m (segn CNE) se obtiene el ngulo de oscilacin de los
conductores de fase:
3164,3065,0200
37,1901988,0200tgarc
WcondVpeso
PvVvientotgarc
6.2 DISTANCIA MNIMA ENTRE FASES
Para el clculo de la distancia mnima entre fases se utilizar el criterio de separacin de los
conductores en la mitad del vano, la que ser determinado por las reglas del CNE
Suministro 2011.
6.2.1 Distancias Horizontal Entre Conductores
Segn la regla 235.B.1.b(2) Para los conductores de 35mm o ms : se debe usar siguiente
formula:
Distancia de seguridad (mm) = 7,6 mm por kV + 8 * raiz(2,12 S)
Donde:
kV: kilovoltios = 145
S: Flecha final en mm para una condicin de 25 C sin viento.
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 6.2
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Cuadro N 6.1
CLCULO DE SEPARACIN HORIZONTAL ENTRE CONDUCTORES
Conductor : 235.8 AAAC
correccion por altitud
Altitud m.s.n.m. 2300
Fh: Factor de correccin por altitud 1.13
Distancia horizontal entre conductores
U: Tensin mxima de la lnea (kV) 145.0
l = longitud del aislador (mm) 1.3
ngulo de oscilacin mxima ( grados) 0
Factor de altitud (sin unidades) 1.13
f: Flecha (m)
D: Separacin horizontal entre fases (mm)
Distancia de separacion de fases: Segn el CNE Suministro 2011
despejando, se clcula la flecha en funcin de la separacin de fases
Dh(m) = 3
f: Flecha (m) 22.57
Flecha
Calcula (m)Vano (m) Flecha (m)
Vano para flecha
clculada (m)
0.47 60 0.39 65
80 0.66
4.15 220 3.41 231
240 4.71
8.13 320 8.00 322
340 8.96
11.52 380 11.03 388
400 12.15
22.57 540 21.47 554
560 23.01
37.30 720 37.23 720
740 39.23
55.70 880 54.64 888
900 57.04
22.57 540 21.47 554
560 23.01
145.85 1220 101.33 1505
1240 104.45
152.49 1220 101.33 1548
1240 104.45
D(m) f(m) Vano Lateral(m)
1.50 0.47 65
2.00 4.15 231
2.30 8.13 322
2.50 11.52 388
3.00 22.57 554
3.50 37.30 720
4.00 55.70 888
4.20 152.49 1548
SEPARACION HORIZONTAL DE CONDUCTORES EN EL SOPORTE
De tabla de CMC
)(.65,11..6,7 SenlfFcUD
Los resultados de la Tabla N 6.1 nos muestran los vanos mximos para conductores
instalados horizontalmente. Para vanos hasta 300m se requiere una separacin horizontal de
2.30m y para una separacin de 3,5m se puede llegas hasta vanos de 720m.
6.2.2 Distancias Vertical Entre Conductores instalados en el mismo soporte
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 6.3
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Para calcular la distancia mnima vertical entre conductores se usa la Tabla 235-5,
considerando un nivel de tensin mayor a 50kV se hace la correcciones correspondientes
segn la regla 235.C.1.
Para una tensin de 138 kV la distancia mnima es:
0,80 m + 0,01 m x (145 11) x 1,13 = 2,31 m
Tomando en consideracin la regla 235.C.2.b(1)(a), la flecha en cualquier punto del vano
no debe ser menor al 75% de la distancia resultante de la Tabla 235-5, es decir
de:0.75*2.31 = 1,73m , bajo las siguientes condiciones:
El conductor superior con flecha final a la mxima temperatura de operacin y el conductor
ms bajo con flecha final a la mismas condiciones pero sin carga elctrica. Se deber
mantener en cualquier punto del vano la distancia de 1,73m, luego se deber corregir la
posicin de los conductores en el soporte para lograr mantenerse por encima de este valor
en cualquier punto del vano.
De tal forma que se obtiene el siguiente resultado
Distancia de seg.
Vano con carga Sin carga Diferencia DMV
(m) (m) (m) (m) (m)
100 1.97 0.90 1.08 2.81
120 2.48 1.26 1.22 2.96
150 3.32 1.90 1.42 3.15
180 4.25 2.66 1.59 3.33
200 4.92 3.23 1.69 3.43
225 5.65 3.86 1.79 3.52
250 6.82 4.90 1.91 3.65
275 7.66 5.66 1.99 3.73
300 9.01 6.91 2.09 3.83
320 9.97 7.82 2.15 3.89
340 10.99 8.78 2.21 3.95
360 12.05 9.79 2.26 4.00
385 13.17 10.86 2.31 4.04
400 14.34 11.99 2.35 4.09
Fecha mxima
Para un vano de 385 m se requiere una separacin vertical entre conductores de 4,05. Esta
separacin vertical se ha considerado para los postes metlicos y torres de celosa.
6.3 DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD
a) Distancia de seguridad (DS) en cualquier direccin desde los conductores hacia los
soportes y hacia conductores verticales o laterales de otros circuitos, o retenidas
unidos al mismo soporte.
Se determinan segn la regla 235.E.1 y la Tabla 235-6.
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- Distancia de seguridad a conductor vertical o lateral de otros circuitos:
DS = 580 mm + 10 mm x (145 50) x 1,13 = 1,65 m
- Distancia de seguridad a retenida de anclaje unido a la misma estructura:
DS = 410 mm + 6,5 mm x (145 50) x 1,13 = 1,108 m
- Distancia de seguridad a superficie de los brazos de soporte:
DS = 280 mm + 6,0 mm x (145 50) x 1,13 = 0,924 m
- Distancia de seguridad a superficie de estructuras:
- En estructuras utilizadas de manera conjunta:
DS = 330mm + 5 mm x (145 50) x 1,13 = 0,866 m
- Todos los dems:
DS = 280 mm + 5 mm x (145 50) x 1,13 = 0,817 m
b) Distancia vertical de seguridad de conductor sobre el nivel del piso o camino:
- Al cruce de vas de ferrocarril al canto
superior de la riel : 10,50 m
- Al cruce de carreteras y avenidas : 8,10 m
- Al cruce de calles : 8,10 m
- A lo largo de carreteras y avenidas : 8,10 m
- A lo largo de calles : 8,10 m
- En reas no transitadas por vehculos : 6,60 m
- En terrenos de cultivos recorridos
Por vehculos : 8,10 m
c) Distancia de seguridad vertical (DSV) entre conductores adyacentes o que se
cruzan, tendidos en diferentes estructuras soporte no deber ser menor a la que se
indica en la Tabla 233-1, y aplicando la Regla 233.C.2.a obtenemos:
- A lneas primarias hasta 23 kV : 2,58 m
- A lneas de transmisin de 33 kV : 2,69 m
- A lneas de transmisin de 60 kV : 3,14 m
- A lneas de transmisin de 138 kV : 3,96 m
- A lneas de comunicacin : 3,18 m
d) A postes de alumbrado pblico
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Segn la Regla 234.B.2 se considera una distancia vertical de 1,70 m para tensiones
entre 23 y 50 kV, ajustando el valor por tensin y altitud se obtiene lo siguiente:
Vertical : 2,77 m
Segn la Regla 234.B.1a y b se considera una distancia horizontal sin viento de 1,50 m
para tensiones entre 23 y 50 kV, y con viento de 1,40 m para tensiones entre 750 V a
23 kV, ajustando el valor por tensin y altitud se obtiene lo siguiente:
Horizontal : 2,57 m (sin viento)
3,76 m (con viento)
e) Distancia de seguridad de los conductores y partes rgidas con tensin no protegidas
adyacentes pero no fijadas a edificios y otras instalaciones a excepcin de puentes.
Segn las reglas 234.B, 234.C, 234.D y 234.G.1 y la Tabla 234-1. Se utilizarn los
mayores valores.
- Letreros, chimeneas, carteles, antenas de radio y televisin, tanques y otras
instalaciones no clasificadas como edificios y puentes:
- Horizontal : 2,50 m + 0,01 m x (145 23) x 1,13 = 3,88 m (en reposo)
- Vertical : 3,50 m + 0,01 m x (145 23) x 1,13 = 4,88 m
- Distancias horizontales considerando viento de 190 Pa, segn regla 234.C.1.b, se
deber usar las siguientes distancias:
- Conductores de suministros expuestos de 750 V a 23 kV : 2,0 m
- Para tensiones superiores a 60 kV : 1,8 m
Realizando los clculos de oscilacin del conductor por un viento de 190 Pa y 25C se
obtiene lo siguiente: ngulo de oscilacin 13.49 y para un vano 170 m una flecha de
2,54 m
Luego efectuando el clculo se obtiene una distancia horizontal de : 2,43 m
Efectuando las correcciones por tensin y altitud
- Horizontal : 2,43m + 0,01 m x (145 23) x 1,13 = 3,36 m
Para el diseo la distancia de seguridad horizontal a considerar ser mayor al valor de
3,36 m y 3,88 m obtenidos del clculo, por lo que usaremos para este proyecto el
valor:
- Distancia horizontal mxima a edificaciones a medio vano : 3,9
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7.0 DISEO MECANICO DE ESTRUCTURAS
7.1 DEFINICIONES BSICAS DE DISEO
Cada tipo de estructura se disea en funcin de los siguientes vanos caractersticos:
Vano viento : es la longitud igual a la semisuma de los vanos adyacentes a la estructura;
Vano peso : es la distancia horizontal entre los puntos ms bajos (reales o ficticios) del
perfil del conductor en los dos vanos adyacentes a la estructura y que
determinan la reaccin vertical sobre la estructura en el punto de amarre del
conductor.
Vano mximo : es el vano ms largo admisible de los adyacentes a la estructura, que
determina las dimensiones geomtricas.
En el diseo de las estructuras, se tendr en consideracin el ngulo de desvo mximo
admitido para los conductores.
7.2 DETERMINACIN DE CARGAS EN ESTRUCTURAS CON POSTES DE
CONCRETO, METAL Y DE TORRES DE CELOSA
Las hiptesis para la determinacin de los diagramas de carga de las para la lnea de 138
kV, se verificarn para las condiciones finales de carga del conductor, con excepcin de las
condiciones de tendido que se efectuarn en condicin inicial.
Para la determinacin de las prestaciones de las estructuras se realizaran los clculos de
vano lateral, vano gravante y vano viento para cada una de las estructuras.
7.3 HIPTESIS DE CARGA: ESTRUCTURA DE SUSPENSIN O
ALINEAMIENTO Y NGULO
Hiptesis 1: Condicin normal- Mximo viento Transversal
En condiciones normales se admitir que la estructura est sujeta a la accin simultnea de
las siguientes fuerzas:
a) Cargas verticales:
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El peso de los conductores, cable de comunicacin, aisladores y accesorios para el
vano gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
La presin del viento sobre el rea total neta proyectada de los conductores y cable de
comunicacin sobre el eje de la lnea, aisladores y accesorios para el vano medio
correspondiente.
La presin del viento sobre la estructura.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del conductor
determinada por el ngulo mximo de desvo.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable de
comunicacin determinada por el ngulo mximo de desvo.
c) Cargas Longitudinal:
No hay carga
Hiptesis 2: Condicin normal- Mximo Viento Longitudinal
a) Cargas Verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del conductor
determinada por el ngulo mximo de desvo.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable OPGW
determinada por el ngulo mximo de desvo.
c) Cargas Longitudinal:
La presin del viento longitudinal sobre la estructura.
La presin sobre al rea neta proyectada de los vanos adyacentes sobre la
perpendicular al eje de la lnea de los conductores y cable OPGW.
Hiptesis 3: Condicin normal- Mximo Viento a 45 del eje de la lnea
a) Cargas verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
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b) Cargas Transversales:
La presin del viento (de la componente a 45) sobre el rea total neta proyectada al
eje de la lnea de los conductores y cable OPGW, aisladores y accesorios para el
vano medio correspondiente.
La presin del viento, de la componente a 45, sobre la estructura.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del conductor
determinada por el ngulo mximo de desvo.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable OPGW
determinada por el ngulo mximo de desvo.
c) Cargas Longitudinal:
La presin del viento longitudinal (Componente horizontal a 45) sobre la estructura.
La presin del viento longitudinal (Componente horizontal a 45) sobre el rea
proyectada a la normal del eje de la lnea de los conductores y cable OPGW.
Hiptesis 4: Condicin Excepcional Rotura del cable OPGW.
En condiciones de carga excepcional se admitir que la estructura estar sujeta, adems de
las cargas normales, a una fuerza horizontal correspondiente a la rotura del cable OPGW.
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del cable OPGW.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 5: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase superior
Esta fuerza tendr un valor del 50% de la mxima tensin del conductor superior.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 6: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase media
Esta fuerza tendr un valor del 50% de la mxima tensin del conductor medio.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 7: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase media
Esta fuerza tendr un valor del 50% de la mxima tensin del conductor medio.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
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Hiptesis 8: Condicin de Montaje
Se considera cargas verticales iguales al doble de las cargas verticales en condicin normal.
En esta hiptesis las cargas sern las que se obtienen en condicin EDS inicial.
7.3.1 Hiptesis de Carga: Estructura de anclaje
Hiptesis 1: Condicin normal- Mximo viento Transversal
En condiciones normales se admitir que la estructura est sujeta a la accin simultnea de
las siguientes fuerzas:
a) Cargas verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
La presin del viento sobre el rea total neta proyectada de los conductores, cable
OPGW y aisladores y accesorios para el vano medio correspondiente.
La presin del viento sobre la estructura.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del conductor
determinada por el ngulo mximo de desvo.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable OPGW
determinada por el ngulo mximo de desvo.
c) Cargas Longitudinal:
La componente horizontal longitudinal de la mxima tensin del conductor
determinada por el ngulo mximo de desvo.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable OPGW
determinada por el ngulo mximo de desvo.
Hiptesis 2: Condicin normal- Mximo Viento longitudinal
a) Cargas verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
La proyeccin de la resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW en
mximo viento, en direccin de la bisectriz del ngulo de la lnea.
c) Cargas Longitudinal:
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La presin del viento longitudinal sobre la estructura.
La presin del viento longitudinal sobre la semisuma de los conductores y cables
OPGW de vanos adyacentes.
La proyeccin de la resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW, a
temperatura mnima, en direccin normal a la bisectriz del ngulo de la lnea.
Hiptesis 3: Condicin normal- Mximo Viento a 45 del eje de la lnea
a) Cargas verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
La presin del viento (de la componente a 45) sobre el rea total neta proyectada del
eje de la lnea de los conductores, cable OPGW y aisladores y accesorios para el
vano medio correspondiente.
La presin del viento, de la componente a 45, sobre la estructura.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del conductor
determinada por el ngulo mximo de desvo.
La componente horizontal transversal de la mxima tensin del cable OPGW
determinada por el ngulo mximo de desvo.
c) Cargas Longitudinal:
La presin del viento longitudinal (la componente a 45) sobre la estructura.
La presin del viento longitudinal (la componente a 45) sobre la semisuma de los
conductores y cable OPGW de vanos adyacentes.
La proyeccin de la resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW, a
temperatura mnima, en direccin normal a la bisectriz del ngulo de la lnea.
Hiptesis 4: Condicin Excepcional Rotura del cable OPGW.
En condiciones de carga excepcional se admitir que la estructura estar sujeta, adems de
las cargas normales, a una fuerza horizontal correspondiente a la rotura del cable OPGW.
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del cable OPGW.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 5: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase superior
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del conductor superior.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
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Hiptesis 6: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase media
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del conductor medio.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 7: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase media
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del conductor medio.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 8: Condicin de Montaje
Se considera cargas verticales iguales al doble de las cargas verticales normales. Esta
hiptesis se calcula en la condicin EDS inicial del conductor.
Hiptesis 9: Condicin de estructura terminal
Se considera la condicin de estructura terminal, el cual ser calculado en condicin de
mnima temperatura y presin de viento reducida.
a) Cargas verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
La presin del viento sobre el rea total neta proyectada del eje de la lnea de los
conductores, cable OPGW y aisladores y accesorios para el vano medio
correspondiente.
La presin del viento sobre la estructura.
c) Cargas Longitudinal:
La presin del viento longitudinal sobre la estructura.
La resultante de los tiros de los conductores y cable OPGW mxima en direccin
longitudinal.
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7.3.2 Hiptesis de Carga: Estructura de Terminal
Hiptesis 1: Condicin normal- Mximo viento Transversal
En condiciones normales se admitir que la estructura est sujeta a la accin simultnea de
las siguientes fuerzas:
a) Cargas verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
La presin del viento sobre el rea total neta proyectada de los conductores y cable
OPGW sobre el eje de la lnea, aisladores y accesorios para el vano medio
correspondiente.
La presin del viento sobre la estructura.
c) Cargas Longitudinal:
La componente horizontal longitudinal de la mxima tensin del conductor
La componente horizontal longitudinal de la mxima tensin del cable OPGW
Hiptesis 2: Condicin normal- Mximo Viento longitudinal
a) Cargas verticales:
El peso de los conductores, cable OPGW, aisladores y accesorios para el vano
gravante correspondiente
El peso propio de la estructuras
b) Cargas Transversales:
No hay carga
c) Cargas Longitudinal:
La presin del viento longitudinal sobre la estructura.
La resultante mxima de los tiros de los conductores y cable OPGW, en la direccin
longitudinal de la lnea.
Hiptesis 3: Condicin Excepcional Rotura del cable OPGW.
En condiciones de carga excepcional se admitir que la estructura estar sujeta, adems de
las cargas normales, a una fuerza horizontal correspondiente a la rotura del cable OPGW.
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del cable OPGW.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
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Hiptesis 4: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase superior
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del conductor superior.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 5: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase media
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del conductor medio.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 6: Condicin Excepcional Rotura del conductor fase media
Esta fuerza tendr un valor del 100% de la mxima tensin del conductor medio.
Esta fuerza ser determinada en sus componentes longitudinales y transversales segn el
correspondiente ngulo de desvo.
Hiptesis 7: Condicin de Montaje
Se considera cargas verticales iguales al doble de las cargas verticales normales. Esta
hiptesis se realiza en condiciones EDS del conductor.
El diagrama de carga calculado se usa para las estructuras de metal autosoportadas, sin
embargo para las estructuras de concreto que llevan retenidas se deber trasladas las cargas
resultantes para que lo soporten las retenidas y el poste trabaje solo a compresin.
7.4 FACTORES DE SEGURIDAD
Los factores de seguridad se han determinado segn las condiciones ambientales de cada
tramo del proyecto, las reglas del Cdigo Nacional de Electricidad Suministro y las
caractersticas fsicas de los materiales seleccionados.
El conductor y cable OPGW no excedern de los siguientes valores:
- De acuerdo a normas vigentes, el esfuerzo mximo admisible (tangencial) en los
conductores, no debe ser superior al 60% del esfuerzo de rotura del conductor.
- Se ha considerado un esfuerzo inicial EDS del 16% tal que el esfuerzo final EDS
resultante sea menor a 16% del tiro del rotura del conductor para evitar el uso de
amortiguadores en vanos regulares.
Para las estructuras se han tomado las consideraciones de la tabla 2.4.2 del CNE Suministro
2011 y se ha seleccionado el grado de construccin B, por la importancia de la lnea, el cual
lleva adems de los conductores de suministro, un cable de comunicacin de fibra ptica en
su estructura.
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Los factores de sobrecarga para instalaciones con construccin Grado B, a utilizar con los
factores de resistencia de la Tabla 261-1.A, son las siguientes:
Tabla 253.1
GRADO DE CONSTRUCCION B
Cargas verticales 1,50
Cargas transversales
Debido al viento 2,50
Debido a la tensin en el conductor 1,65
Cargas Longitudinales
En los cruces, en general 1,10
En los cruces en los amarres (anclajes) 1,65
En cualquier lugar, en general 1,00
En cualquier lugar, en los amarres 1,65
Cargas, regla 250.C 1,00
Los factores de resistencia a ser utilizadas con los factores de sobrecarga de la tabla 253-1
sern como se indica a continuacin.
Tabla 261-1A
Factores de resistencia para ser utilizado con cargas de la regla 250.B del CNE Suministro
2001
GRADO DE CONSTRUCCION GRADO B
Estructuras de metal y concreto pretensado 1,0
Estructuras de madera y concreto armado 0,65
Alambre de retenida 0,9
Anclaje y cimentacin de retenida 1,0
Factores de resistencia para ser utilizado con cargas de la regla 250.C del CNE Suministro
2011
Estructuras de metal y concreto pretensado 1,0
Estructuras de madera y concreto armado 0,75
Alambre de retenida 0,9
Anclaje y cimentacin de retenida 1,0
Los cables de retenidas debern tener un factor de seguridad de 1,33/0,9 = 1,48. El valor
de 1,33 se ha elegido considerando las recomendaciones de la nota 2 de la tabla 253-1 del
CNE.
7.5 CRITERIOS PARA LOCALIZACIN DE ESTRUCTURAS
La ubicacin de estructuras de las lneas de transmisin de 138 kV se efectu en forma
preliminar en la vista de planta del trazo de ruta considerando los vanos permisibles
calculados con el clculo mecnico del conductor en el cual se determina las flechas y las
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tensiones del conductor, esta ubicacin ser validada con el programa PLS CADD en la
etapa de Ingeniera Definitiva; el cual chequea durante el proceso de ubicacin; la
utilizacin de acuerdo a normas del conductor y de las estructuras, segn las prestaciones
definidas para estos ltimos.
7.5.1 Clculo del vano mximo permisible
Para el clculo del vano mximo permisible se ha tomado en cuenta la longitud de la
estructura a usar y las distancias mnimas al suelo ( 8,1 m).
Las estructuras usadas en el proyecto tienen las siguientes longitudes:
Postes de acero de 80, 85, 90, 100 y 120 pies
Torre de celosa de 30, 33 m
Se obtiene el siguiente Cuadro N8 con los vanos mximos.
Cuadro N 8
CLCULO DE FLECHA MXIMA
Posicin de conductor mas bajo en poste metlico 12.5 m
Posicin de conductor mas bajo en torre 11.6 m
Distancia de seguridad 8.1 m
Altura Altura he Altura Altura flecha Vano
pies (m) (m) libre (m) amarre(m)max (m) (m)
Postes 80 24.38 2.74 21.65 9.15 1.05 104
metlicos 85 25.91 2.89 23.02 10.52 2.42 166
90 27.43 3.04 24.39 11.89 3.79 213
100 30.48 3.35 27.13 14.63 6.53 287
110 33.53 3.65 29.88 17.38 9.28 346
120 36.58 3.96 32.62 20.12 12.02 398
Torres de 30.00 0.00 30.00 18.40 10.30 366
celosa 33.00 0.00 33.00 21.40 13.30 420
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8.0 SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
8.1 CRITERIOS Y CLCULOS PRELIMINARES
8.1.1 Condiciones ambientales
El terreno donde se ubicara la lnea de trasmisin en 138 kV, presenta suelos de cultivo y
zonas de pronunciada pendiente, tpica de zona Sierra.
Las caractersticas climatolgicas de la zona del estudio son las siguientes:
- Altitud de la lnea (m.s.n.m.) : 2300.
- Temperatura ambiente mnima (C) : 8
- Temperatura ambiente media (C) : 15
- Temperatura ambiente mxima (C) : 22
8.1.2 Criterios de Diseo
Los criterios de diseo para el sistema de puesta considerados son las siguientes:
- Para determinar el tipo de puesta a tierra se requiere que las instalaciones de lneas
garanticen la seguridad de las personas, operacin del sistema, y facilidad de
actuacin de las protecciones. Como las lneas tienen su recorrido por zonas de escaso
trnsito de personas, no se ha tomado en cuenta el criterio de tensiones de toque, paso
y transferencia.
- Se deber lograr una resistencia de puesta a tierra de 25 ohm, segn regla N 036.D.
del C.N.E. Suministro 2011.
- Se usarn electrodos de una longitud no menor a 2,40 m y con material de acero
revestido con cobre electro depositado, el dimetro no ser inferior a 16 mm.
- Los electrodos horizontales se enterrarn a una profundidad de 0,60 m.
- Las caractersticas del conductor de cobre 3/0 AWG a usar son las siguientes:
Seccin total : 85 mm
Dimetro exterior : 11,94 mm
Peso unitario : 0,772 kg/m
Carga de rotura mnima : 20,86 kN (2126 kg)
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8.1.3 Procedimiento de Diseo
El procedimiento para el diseo del sistema de puesta a tierra, es el siguiente:
- Se realizaran mediciones de resistividad en todos los vrtices de la lnea y en puntos
intermedios seleccionados.
- Se determinar el valor promedio de la resistividad por el mtodo de dos capas.
- De acuerdo al valor de resistividad de 25 ohm y los valores de resistividades
promedio calculados para los distintos tipos de suelo se dimensionaran las
configuraciones de puesta a tierra.
Nota: La medicin de resistividad del terreno se muestra en detalle en el Anexo N 5
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9.0 CONFIGURACIONES DE TIPO DE PUESTA A TIERRA
9.1 CONSIDERACIONES
Las configuraciones de puesta a tierra se han seleccionado, teniendo en cuenta el uso de
contrapesos horizontales y varillas de copperweld.
Se ha determinado la configuracin que permita su fcil instalacin, debido a las
limitaciones de espacio principalmente en la zona urbana.
9.2 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA POSTES METLICOS
9.2.1 Electrodo en disposicin vertical (PAT-1)
Esta configuracin est compuesta de una varilla vertical de copperweld de 2,40 m de
longitud de 16 mm de dimetro. Esta varilla estar conectada al poste mediante una grapa
bimetlica que se conectar a la plancha metlica prevista en el poste metlico.
La separacin mnima al poste de madera ser de 1,5 m. En la Figura N 9.1 se muestra un
esquema de esta configuracin.
Figura N9.1
TIPO: PAT-1
9.2.2 Contrapeso Horizontal (PAT-C)
Esta configuracin est compuesta por el conductor de cobre 85 mm2 en disposicin
horizontal enterrado a una profundidad de 0.6m. Este conductor est conectada al cable de
bajada de puesta a tierra mediante un conector de cobre tipo perno partido.
En la Figura N 4.2 se muestra un esquema de esta configuracin.
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.2
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
Figura N9.2
TIPO DE PAT-C
9.2.3 Contrapeso horizontal en Oposicin (PAT-D)
Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre 85 mm2 en disposicin
horizontal oposicin enterrados a una profundidad de 0.6m. Esta varilla estar conectada al
poste mediante una grapa bimetlica que se conectar a la plancha metlica prevista en el
poste metlico.
En la Figura N 9.3 se muestra un esquema de esta configuracin.
Figura N9.3
TIPO DE PAT-D
9.2.4 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-1D)
Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre de 85 mm2 en disposicin
horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0,6 m con un electrodos de
copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Esta varilla
estar conectada al poste mediante una grapa bimetlica que se conectar a la plancha
metlica prevista en el poste metlico.
En la Figura N 9.4 se muestra un esquema de esta configuracin.
Figura N9.4
TIPO DE PAT-1D
9.2.5 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-2D)
Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre de 85 mm2 en disposicin
horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0.6m con dos electrodos de
copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Esta varilla
estar conectada al poste mediante una grapa bimetlica que se conectar a la plancha
metlica prevista en el poste metlico.
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.3
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
En la Figura N 9.5 se muestra un esquema de esta configuracin.
Figura N9.5
TIPO DE PAT-2D
9.3 CONFIGURACIONES A UTILIZAR PARA TORRES DE CELOSA
9.3.1 Contrapeso horizontal en Oposicin (PAT-E)
Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre 85 mm2 en disposicin
horizontal oposicin enterrados a una profundidad de 0,6 m. Estos conductores estn
conectados al cable de bajada de puesta a tierra mediante dos conectores de cobre tipo perno
partido.
En la Figura N 9.6 se muestra un esquema de esta configuracin.
Figura N9.6
TIPO DE PAT-E
9.3.2 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 1 electrodos (PAT-1E)
Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre de 85 mm2 en disposicin
horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0.6m con un (1) electrodos de
copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Cada uno de
estos conductores estarn conectados a la parte metlica de la torre mediante un una grapa
bimetlica de 1 va con uno o dos pernos.
En la Figura N 9.7 se muestra un esquema de esta configuracin.
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.4
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
Figura N9.7
TIPO DE PAT-1F
9.3.3 Contrapeso Horizontal en Oposicin con 2 electrodos (PAT-2E)
Esta configuracin est compuesta por dos conductores de cobre de 85 mm2 en disposicin
horizontal contrapuestos enterrados a una profundidad de 0.6m con dos electrodos de
copperweld en forma vertical de 2,40 m de longitud de 16 mm de dimetro. Cada uno de
estos conductores estarn conectados a la parte metlica de la torre mediante un una grapa
bimetlica de 1 va con uno o dos pernos.
En la Figura N 9.8 se muestra un esquema de esta configuracin.
Figura N9.8
TIPO DE PAT-2F
Donde la simbologa usadas se muestra en la Figura N 9.8
Figura N9.8
SIMBOLOGA UTILIZADA
SMBOLO DESCRIPCIN
Poste metlico
Pozo de tierra con electrodo
Conductor de cobre
Pata de torre
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.5
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
Las configuraciones de puesta a tierra a usar se muestran en los planos LSP-015 para
postes metlicos y LSP-022 para torres de celosa.
9.4 DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA
Ante la resistividad alta obtenida, definimos la siguiente configuracin a ser empleadas en
funcin al espacio y ubicacin de las estructuras definidas, as como del valor de
resistividad registrado:
9.4.1 Resistencia de la Configuracin Tipo( PAT-1)
La resistencia propia de puesta a tierra para sistemas compuestos por un electrodo, se
estima a travs de la siguiente relacin:
Donde:
Rv : Resistencia propia de un electrodo ()
a : Resistividad aparente del terreno ( - m)
L : Longitud de la electrodos (m)
d : Dimetro del electrodo (m)
h : Profundidad de enterramiento (m).
9.4.2 Resistencia con Contrapeso Horizontal (PAT-C y PAT-E)
La resistencia propia de puesta a tierra de un contrapeso horizontal, enterrado a una
profundidad p est dada por la siguiente expresin:
12
2
hp
LLn
L
aRc
Donde:
Rc : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()
a : Resistividad aparente del terreno (-m)
L : Longitud del conductor (m)
h : Dimetro del conductor (m)
p : Profundidad de enterramiento (m)
9.4.3 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin (PAT-D y PAT-E)
)55.1
(2
2
hd
LLn
LtR a
)4
(2 d
LLn
LvR a
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.6
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
Donde:
Rt : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()
a : Resistividad aparente del terreno (-m)
L : Longitud del conductor (m)
d : Dimetro del conductor (m)
h : Profundidad de enterramiento (m)
9.4.4 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin Con dos electrodos
(PAT-2D)
La Resistencia Mutua entre conductor horizontal y el electrodo vertical, se calcula a travs
de la siguiente expresin:
1pdc
LLn
Lc
aRtRm
Donde:
Rm : Resistencia mutua entre conductores verticales y horizontales
de puesta a tierra () Rc : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()
a : Resistividad aparente del terreno (-m) Lc : Longitud del conductor horizontal (m)
dc : Dimetro del conductor horizontal (m)
p : Profundidad de enterramiento (m)
L : Longitud del electrodo vertical (m)
La resistencia de dos varillas separadas 3m se estima a travs de la siguiente relacin.
Resistencia Total del Sistema de Aterramiento
La resistencia de puesta a tierra total del conjunto, se estima a travs de la siguiente
relacin:
RmRtRv
RmRtRvRvc
22
22
2
Donde:
Rvc2 : Resistencia de puesta a tierra total del sistema () Rv2 : Resistencia de puesta a tierra equivalente de dos electrodos ()
)4
(2
557.02
d
LLn
LvR a
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.7
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
Rt : Resistencia de puesta a tierra del conductor enterrado en
configuracin horizontal () Rm : Resistencia mutua entre el conjunto electrodos y conductor
enterrado horizontalmente ().
9.4.5 Resistencia con Contrapeso Horizontal en Oposicin Con dos Electrodos
(PAT-2E)
La Resistencia Mutua entre conductor horizontal y el electrodo vertical, se calcula a travs
de la siguiente expresin:
1pdc
LLn
Lc
aRtRm
Donde:
Rm : Resistencia mutua entre conductores verticales y horizontales
de puesta a tierra () Rc : Resistencia de puesta a tierra del conductor horizontal ()
a : Resistividad aparente del terreno (-m) Lc : Longitud del conductor horizontal (m)
dc : Dimetro del conductor horizontal (m)
p : Profundidad de enterramiento (m)
L : Longitud del electrodo vertical (m)
La resistencia equivalente de dos varillas se estima a travs de la siguiente relacin.
Resistencia Total del Sistema de Aterramiento
La resistencia de puesta a tierra total del conjunto, se estima a travs de la siguiente
relacin:
RmRtRvf
RmRvfRtRvcf
2
2
Donde:
Rvcf : Resistencia de puesta a tierra total del sistema () Rvf : Resistencia de puesta a tierra equivalente de dos electrodos () Rt : Resistencia de puesta a tierra del conductor enterrado en
configuracin horizontal () Rm : Resistencia mutua entre el conjunto electrodos y conductor
enterrado horizontalmente ().
)4
(2
5.0
d
LLn
LvfR a
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.8
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc
9.5 RESULTADOS DE LOS CLCULOS DE RESISTENCIA DE PUESTA A
TIERRA DE LAS CONFIGURACIONES
De los clculos efectuados se determino para diferentes resistividades del terreno, el tipo de
configuracin de puesta a tierra a instalarse, el cual se resume en los siguientes cuadros:
Cuadro N9.1
CONFIGURACIONES EN POSTES MTALICOS
Tipo Resistividad
ohm-m
Contrapeso
Horizontal
(m)
Varilla (u) Requerimiento
PAT-1 0 -56 - 1
PAT-C 57-175 10
PAT-C 176-304 20
PAT-C 305-364 25
PAT-C 365-416 30
PAT-D 529-637 50
PAT-1D 638-711 30 1
PAT-1D 712-896 40 1
PAT-2D 897-1091 40 2
PAT-2D 897-1091 50 2
Cuadro N9.2
CONFIGURACIONES EN TORRES DE CELOSA
Tipo Resistividad
ohm-m
Contrapeso
Horizontal
(m)
Varilla (u) Requerimiento
PAT-E 0-172 10 -
PAT-E 173-299 20
PAT-E 300-416 30
PAT-E 417-528 40
PAT-E 529-637 50
PAT-1E 638-711 30 1
PAT-1E 712-896 40 1
PAT-2E 897-1091 40 2
PAT-2E 1092-1305 50 2
9.6 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES
- Para resistividades menores a 500 ohm-m se recomienda completar los rellenos con
material de prstamo cernida
- En los puntos donde se encuentren resistividades mayores a 500 ohm-m se
recomienda utilizar material de prstamo para el relleno de los contrapeso y del pozo
de puesta a tierra.
- En caso de obtenerse resistividades promedio muy altas en el terreno, el Contratista
propondr mtodos para la disminucin de tales resistividades (Tales como geles,
Clculos Justificativos Lnea de Transmisin - ELM 9.9
SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniera Definitiva\Volumen V - Clculos Justificativos\Parte I\Memor