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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS,

ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA



CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

DISEÑO ELÉCTRICO Y MECÁNICO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN

CUENCA-LOJA TRAMO 3, (km 95 AL km 140) A 230kV

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO

MARCO VINICIO PÉREZ CHOCO

[email protected]

Director: Ing. Santiago Moscoso Bernal

2014




ÍNDICE DE CONTENIDO

DECLARACIÓN ..................................................................................................................................................... i

CERTIFICACIÓN ................................................................................................................................................... ii

AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................................... iii

DEDICATORIA ..................................................................................................................................................... iv

ÍNDICE DE CONTENIDOS ................................................................................................................................... v

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................................... viii

LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................................... x

LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................................................. xi

RESUMEN ............................................................................................................................................................ xii

ABSTRACT ......................................................................................................................................................... xiii

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................ xiv




i

DECLARACIÓN

Yo, Marco Vinicio Pérez Choco declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de

mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

La Universidad Católica de Cuenca puede hacer uso de los derechos correspondientes a

este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y la

normatividad institucional vigente.

Marco Vinicio Pérez Choco




ii

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Marco Vinicio Pérez Choco bajo mi

supervisión.

Ing. Santiago Moscoso Bernal

DIRECTOR




iii

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar a Dios por las bendiciones derramadas sobre mi dándome una familia

maravillosa; en segundo lugar a mi mama Mariana Choco por apoyarme y jamás

abandonarme y un agradecimiento especial a mis tíos Silvio Rodas y Noemí Choco los cuales

hicieron las veces de mis padres inculcando en mi valores y principios y por brindarme su

apoyo y confianza incondicional lo cual me ha llevado y ayudado a poder cumplir todas mis

metas propuestas.

De la misma manera quiero agradecer a la UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA

por haberme acogido en sus aulas y darme la oportunidad de estudiar y aprender todo lo

necesario para ser un profesional de bien.

Por ultimo un sincero agradecimiento a mi director de tesis el Ing. Santiago Moscoso

Bernal quien me ha ayudado en todo momento y ha solventado cada una de mis dudas y ha

sabido guiarme de la mejor manera para la realización de la presente tesis.




iv

DEDICATORIA

El presente trabajo es mi deseo el dedicárselo a Dios, a mi mamá Mariana Choco y mis

tíos Silvio Rodas y Noemí Choco. Por siempre haber estado para mí y haber caminado

conmigo durante toda mi vida cuidándome y brindándome su apoyo y han velado por darme

un maravilloso bienestar y una excelente educación significando en mi vida pilares

fundamentales de mi superación; entregándome su confianza para poder superar las diferentes

pruebas que la vida me ha puesto por delante.




v

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1.1 LÍNEAS DE TRANSMISIÓN .............................................................................................................. - 1 -

1.1.1 Definición ..................................................................................................................................... - 1 -

1.1.2 Tipos de líneas de transmisión ...................................................................................................... - 1 -

1.1.3 Tipos de torres............................................................................................................................... - 2 -

1.1.4 Tipo de torres de acuerdo a la adecuación de las fases ................................................................. - 2 -

1.1.4.1 Tipo de torres de acuerdo al tipo de fundación utilizada ....................................................... - 2 -

1.1.4.2 Tipo de torres de acuerdo a sus características mecánicas. .................................................... - 4 -

1.1.5 Conductores .................................................................................................................................. - 4 -

1.1.6 Herrajes ......................................................................................................................................... - 4 -

1.1.7 Grilletes ......................................................................................................................................... - 4 -

1.1.7.1 Grapa de amarre y suspensión ............................................................................................... - 5 -

1.1.7.2 Eslabón ojo bola..................................................................................................................... - 6 -

1.1.7.3 Horquilla bola ........................................................................................................................ - 7 -

1.1.7.4 Yugo ...................................................................................................................................... - 7 -

1.1.7.5 Amortiguadores ..................................................................................................................... - 8 -

1.1.7.6 Cuernos de descarga .............................................................................................................. - 8 -

1.1.8 Aisladores ..................................................................................................................................... - 8 -

2.1 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL CONDUCTOR ELÉCTRICO A UTILIZAR ....................................................... - 10 -

2.1.1 Cálculo de calibre corriente ........................................................................................................ - 10 -

2.1.2 Cálculo de calibre por caída de tensión ....................................................................................... - 11 -

2.1.3 Características del conductor ...................................................................................................... - 12 -

2.2 PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LA LÍNEA .............................................................................................. - 13 -

2.2.1 Cálculo del radio del conductor .................................................................................................. - 14 -

2.2.2 Cálculo de la resistencia eléctrica ............................................................................................... - 15 -

2.2.3 Disposición de conductores ........................................................................................................ - 15 -

2.2.4 Cálculo de la reactancia Inductiva (Xl) ....................................................................................... - 16 -

2.2.5 Cálculo de la reactancia capacitiva (Xc) ..................................................................................... - 18 -

2.2.6 Cálculo de admitancia en derivación (Yc) .................................................................................. - 19 -

2.2.7 Circuito π equivalente de línea .................................................................................................... - 19 -

2.2.8 Cálculo de parámetros ABCD del circuito π nominal ................................................................. - 20 -

2.2.8.1 Constante A ......................................................................................................................... - 20 -

2.2.8.2 Constante B .......................................................................................................................... - 20 -

2.2.8.3 Constante C .......................................................................................................................... - 20 -

2.2.9 Modelamiento de línea de transmisión media ............................................................................. - 21 -

2.2.9.1 Eficiencia ............................................................................................................................. - 22 -

2.2.10 Porcentaje de regulación.......................................................................................................... - 22 -

2.2.11 Pérdidas de potencia ................................................................................................................ - 22 -

2.3 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL AISLADOR ................................................................................... - 22 -

2.3.1 Longitud de cadenas de aisladores .............................................................................................. - 24 -

2.3.2 Aislamiento a frecuencia industrial ............................................................................................. - 25 -

I. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA ............................................................................................. - 1 -

II. SELECCIÓN Y REQUERIMIENTOS PREVIOS PARA EL DISEÑO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN

A 230 kV .......................................................................................................................................................... - 10 -




vi

2.3.3 Determinación de la línea de fuga ............................................................................................... - 27 -

2.3.4 Cálculo del voltaje crítico de flameo inverso y número de aisladores ........................................ - 28 -

2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE TORRE A UTILIZAR ......................................................................................... - 29 -

2.5 HILO DE GUARDA ................................................................................................................................. - 30 -

2.6 PUESTA A TIERRA ................................................................................................................................. - 30 -

2.6.1 Electrodo vertical ........................................................................................................................ - 31 -

2.6.2 Electrodo horizontal .................................................................................................................... - 32 -

2.7 CÁLCULO DE LA DISTANCIA MÍNIMA DE SEGURIDAD ............................................................................ - 33 -

2.8 FUNDICIONES O CIMENTACIONES ......................................................................................................... - 33 -

2.9 CÁLCULOS MECÁNICOS ........................................................................................................................ - 36 -

2.9.1 Catenaria ..................................................................................................................................... - 36 -

2.9.2 Longitud del conductor ............................................................................................................... - 37 -

2.9.3 Flecha .......................................................................................................................................... - 37 -

2.9.4 Tiro del conductor ....................................................................................................................... - 38 -

3.1 IMPLEMENTACIÓN DE CONFIGURACIONES NECESARIAS PARA EL DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN

EL SOFTWARE DLT-CAD ............................................................................................................................... - 39 -

3.1.1 Puntos georefenciados................................................................................................................. - 39 -

3.1.2 Configuraciones generales del software ...................................................................................... - 41 -

3.1.3 Conductores ................................................................................................................................ - 46 -

3.1.4 Hilo de guarda ............................................................................................................................. - 47 -

3.1.5 Aisladores ................................................................................................................................... - 47 -

3.1.6 Soportes ...................................................................................................................................... - 48 -

3.1.7 Armados ...................................................................................................................................... - 49 -

3.1.7.1 Suspensión o tangente .......................................................................................................... - 49 -

3.1.7.2 Suspensión reforzada o tangente reforzada .......................................................................... - 51 -

3.1.7.3 Anclaje o retención .............................................................................................................. - 52 -

3.1.7.4 Anclaje terminal o retención terminal .................................................................................. - 53 -

3.2 CORRECCIONES DEL DISEÑO ...................................................................................................... - 54 -

3.2.1 Distribución automática .............................................................................................................. - 55 -

3.2.2 Editar torres ................................................................................................................................. - 55 -

3.2.2.1 Desplazamiento de torres ..................................................................................................... - 55 -

3.2.2.2 Características de las torres .................................................................................................. - 56 -

3.2.2.3 Eliminar e Insertar Estructuras ............................................................................................. - 58 -

3.2.3 Amortiguadores........................................................................................................................... - 59 -

3.2.4 Puestas a Tierra ........................................................................................................................... - 59 -

3.2.5 Diseño final en DLT-CAD .......................................................................................................... - 60 -

4.1 TENSION DE ROTURA DEL CONDUCTOR ................................................................................................ - 61 -

4.2 TENSION DE ROTURA DEL AISLADOR .................................................................................................... - 61 -

4.3 EFICIENCIA DE LA LÍNEA ...................................................................................................................... - 62 -

4.4 DISTANCIA DE SEGURIDAD VERTICAL .................................................................................................. - 62 -

4.5 TOTAL DE TORRES POR EL TIPO DE ARMADO ....................................................................................... - 63 -

4.6 TOTAL DE AISLADORES POR EL TIPO DE ARMADO ................................................................................. - 63 -

4.7 VANO PROMEDIO ................................................................................................................................. - 64 -

III. DISEÑO ASISTIDO POR SOFTWARE DLT-CAD ............................................................................ - 39 -

IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................................ - 61 -




vii

4.8 SOPORTES ............................................................................................................................................ - 64 -

4.9 CONDUCTORES ..................................................................................................................................... - 64 -

CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ - 65 -

RECOMENDACIONES .................................................................................................................................. - 66 -

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ............................................................................................................. - 68 -

Anexos .............................................................................................................................................................. - 70 -




viii

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1 Líneas de transmisión eléctrica ............................................................................................................... - 1 - Fig. 2 Sistema de fases escalonadas .................................................................................................................. - 2 - Fig. 3 Sistema de fases horizontales .................................................................................................................. - 2 - Fig. 4 Torre con fundación monópoda .............................................................................................................. - 3 - Fig. 5 Torre con fundación bípoda ..................................................................................................................... - 3 - Fig. 6 Torre con fundación tetrápoda ................................................................................................................. - 3 - Fig. 7 Conductores ............................................................................................................................................. - 4 - Fig. 8 Grillete ..................................................................................................................................................... - 5 - Fig. 9 Grapa de amarre ....................................................................................................................................... - 5 - Fig. 10 Grapa de suspensión ............................................................................................................................... - 6 - Fig. 11 Ojo bola .................................................................................................................................................. - 6 - Fig. 12 Horquilla ................................................................................................................................................ - 7 - Fig. 13 Yugo ....................................................................................................................................................... - 7 - Fig. 14 Amortiguador Stockbridge Dampers para Hilo de Guarda ................................................................... - 8 - Fig. 15 Cadena de aisladores con cuernos de descarga ...................................................................................... - 8 - Fig. 17 Aisladores ............................................................................................................................................... - 9 - Fig.17 Formación del cable tipo ACSR ............................................................................................................ - 13 - Fig.18 Circuito π equivalente para línea media ............................................................................................... - 14 - Fig.19 Disposición de los conductores ............................................................................................................. - 16 - Fig.20 Circuito π de línea media equivalente ................................................................................................... - 19 - Fig.21 Modelamiento de línea de transmisión media ....................................................................................... - 21 - Fig.22 Aislador de porcelana tipo niebla .......................................................................................................... - 23 - Fig.23 Factor de densidad del aire en función de msnm .................................................................................. - 25 - Fig.24 Humedad absoluta en función de la temperatura .................................................................................. - 26 - Fig.25 Distancia mínima en aire para voltajes de baja frecuencia .................................................................... - 26 - Fig. 26 Hilos de guarda .................................................................................................................................... - 30 - Fig.27 Disposición vertical de electrodo de puesta a tierra ............................................................................. - 32 - Fig.28 Disposición horizontal de electrodo de puesta a tierra ......................................................................... - 33 - Fig.29 Fundación de bloque único .................................................................................................................. - 35 - Fig.30 Fundación de partes separadas ............................................................................................................. - 35 - Fig.31 Fundación de pilotes ............................................................................................................................ - 36 - Fig. 32Catenaria ............................................................................................................................................... - 36 - Fig. 33 Flecha del conductor ............................................................................................................................ - 37 - Fig. 34 Coordenadas UTM ............................................................................................................................... - 39 - Fig. 35 Datos topográficos coordenadas UTM ................................................................................................. - 40 - Fig. 36 Puntos GPS .......................................................................................................................................... - 40 - Fig. 37 Ruta de línea ......................................................................................................................................... - 41 - Fig. 38 Perfil Topográfico ................................................................................................................................ - 41 - Fig. 39 Configuraciones Generales, Diseño ..................................................................................................... - 42 - Fig. 40 Configuraciones Generales, Consideraciones ...................................................................................... - 42 - Fig. 41 Configuraciones Generales, Gráfico .................................................................................................... - 43 - Fig. 42 Configuraciones Generales, Cálculos Varios ....................................................................................... - 44 - Fig. 43 Configuraciones Generales, Planos de Perfil ....................................................................................... - 44 - Fig. 44 Configuraciones Generales, Condiciones Ambientales ........................................................................ - 45 - Fig. 45 Configuraciones Generales, Proyecto .................................................................................................. - 45 -




ix

Fig. 46Tabla de Datos de Conductores ............................................................................................................. - 46 - Fig. 47 Tabla de Datos de Conductores Cable OPGW-10 ............................................................................... - 47 - Fig. 48 Tabla de Datos de Conductores ............................................................................................................ - 48 - Fig. 49 Tabla de Datos de Conductores ............................................................................................................ - 49 - Fig.50 Armado de Tipo Suspensión DLT-CAD .............................................................................................. - 50 - Fig. 51 Otros Conductores Armado de Suspensión ......................................................................................... - 50 - Fig. 52 Accesorios Armado de Suspensión ..................................................................................................... - 50 - Fig. 53 Prestaciones Armado de Suspensión ................................................................................................... - 51 - Fig. 54 Armado Suspensión Reforzada DLT-CAD .......................................................................................... - 51 - Fig. 55 Prestaciones Suspensión Reforzada ..................................................................................................... - 52 - Fig. 56 Armado de Retención DLT-CAD ........................................................................................................ - 52 - Fig. 57 Accesorios Armado de Retención ........................................................................................................ - 53 - Fig. 58 Prestaciones Armados de Retención .................................................................................................... - 53 - Fig. 59 Armado de Retención Terminal DLT-CAD ......................................................................................... - 54 - Fig. 60 Prestaciones Armado Anclaje Terminal DLT-CAD ............................................................................ - 54 - Fig. 61 Opción Distribución Automática ......................................................................................................... - 55 - Fig. 62 Diseño previo DLT-CAD ..................................................................................................................... - 55 - Fig. 63 Opción Arrastra Soporte DLT-CAD .................................................................................................... - 56 - Fig. 64 Opción Edit Estructura DLT-CAD....................................................................................................... - 56 - Fig. 65 Modificación de altura ......................................................................................................................... - 57 - Fig. 66 Modificación Tipo de Soporte .............................................................................................................. - 57 - Fig. 67 Modificación Tipo Estructura .............................................................................................................. - 58 - Fig. 68 Eliminar e Insertar Estructura .............................................................................................................. - 58 - Fig. 69 Distribuye Amortiguadores .................................................................................................................. - 59 - Fig. 70 Distribuir Puestas a Tierra (PAT) ......................................................................................................... - 59 - Fig.71 Tabla de Distribución de Puestas a Tierra ........................................................................................... - 60 - Fig. 72 Diseño Final ......................................................................................................................................... - 60 - Fig. 73 Distancia de Seguridad Vertical ........................................................................................................... - 62 -




x

LISTA DE TABLAS

TABLA I TABLA DE CONDUCTORES ACSR ............................................................................................ - 11 -

TABLA II TABLA DE CONDUCTORES ACSR ........................................................................................... - 12 -

TABLA III TABLA DE CONDUCTORES ACSR ......................................................................................... - 13 -

TABLA IV CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LOS CONDUCTORES ACSR ................................ - 15 -

TABLA V FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA XL, 60HZ ................................................................... - 17 -

TABLA VI FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA Xc, 60HZ .................................................................. - 18 -

TABLA VII CARACTERÍSTICAS DEL AISLADOR TIPO NIEBLA .......................................................... - 23 -

TABLA VIII LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE SUSPENSIÓN ................................................... - 24 -

TABLA IX LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE RETENCIÓN ....................................................... - 24 -

TABLA X GRADOS DE CONTAMINACION DE ACUERDO A NORMA IEC 71-2 ................................ - 27 -

TABLA XI VOLTAJE IMPULSIVO DE FLAMEO CON PROBABILIDAD DEL 50% .............................. - 29 -

TABLA XII REQUERIMIENTOS DE RESISTENCIA EN PUESTAS A TIERRA ..................................... - 31 -

TABLA XIII TENSIÓN ADMISIBLE MÁXIMA A LA ROTURA ............................................................... - 61 -

TABLA XIV FACTOR DE SEGURIDAD MECÁNICA EN AISLADORES................................................ - 62 -

TABLA XV TORRES POR EL TIPO DE ARMADO .................................................................................... - 63 -

TABLA XVI AISLADORES POR TIPO DE ARMADO ............................................................................... - 63 -

TABLA XVII TORRES POR EL TIPO DE ARMADO .................................................................................. - 64 -




xi

LISTA DE ANEXOS

ANEXO A CUADRO DE RESUMEN DE MATERIALES

ANEXO B CUADRO DE UBICACIÓN DE ESTRUCTURAS

ANEXO C CUADRO DE VÉRTICES DE LA LÍNEA

ANEXO D PLANILLA DE ESTRUCTURAS DE CABLE DE GUARDA

ANEXO E PALNILLA DE ESTRUCTURAS CONDUCTORES DE FASE DE TERNA 1

ANEXO F PALNILLA DE ESTRUCTURAS CONDUCTORES DE FASE DE TERNA 2

ANEXO G PLANILLA DE ESTRUCTURAS TIPO 1

ANEXO H PLANILLA DE ESTRUCTURAS TIPO 2

ANEXO I PLANO DEL DISEÑO DE LA TORRE DE TRANSMISION

ANEXO J PLANOS DEL DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN CUENCA-LOJA




xii

RESUMEN

El presente trabajo investigación explica la realización del diseño eléctrico de una línea de

transmisión a doble terna a un nivel de tensión nominal de 230 kV, definiciones de los

diferentes elementos que comprende una línea de transmisión como son torres, conductores,

aisladores, herrajes, así como también conceptos y cálculos mecánicos que son requeridos

dentro de este tipo de diseños. Además la explicación del estudio apropiado que se debe

seguir para líneas de transmisión de tipo media, cálculos eléctricos y un manual paso a paso

de la utilización del software DLT-CAD como herramienta para este tipo de diseños.

La investigación se centra en el diseño eléctrico de la línea de transmisión Cuenca-Loja en

su tercer tramo el cual está comprendido desde el cantón Saraguro hasta el cantón Loja los

dos pertenecientes a la provincia de Loja.




xiii

ABSTRACT

This research work explains the realization of the electrical design of a transmission line to

a double circuit nominal voltage level of 230 kV, definitions of the different elements

comprising a transmission line, as towers, conductors, insulators, fittings and also concepts

and mechanical calculations that are required in this type of design. Besides explaining the

proper study to be followed for transmission lines medium type, electrical calculations and

manual step by step using the DLT-CAD software as a tool for this type design.

In investigating is explained the electrical design of the transmission line Cuenca-Loja in

its third stretch which going from Saraguro to Loja both belonging to the province of Loja.




xiv

INTRODUCCIÓN

El presente proyecto de investigación se realiza en calidad de Trabajo Pre Profesional de

Fin de Carrera para la obtención del título de Ingeniero Eléctrico, para lo cual se procederá a

realizar el “Diseño eléctrico y mecánico de la Línea de Transmisión Cuenca-Loja Tramo 3,

(km 95 al km 140) a 230 kV” el cual comprende desde la parroquia de Urdaneta en el cantón

Saraguro provincia de Loja hasta la parroquia Sucre cantón Loja Provincia de Loja.

Una línea de transmisión eléctrica es el conjunto de dispositivos dispuestos para guiar la

energía desde las fuentes de generación hasta las cargas o consumidores donde por lo general

no es factible producirla ya que no se cumplen requerimientos topográficos necesarios para

dicha actividad o por la razón de que al producir energía eléctrica el medio ambiente se vería

seriamente afectado; haciendo de las líneas de transmisión el medio más adecuado para

transportar grandes cantidades de energía.

El software DLT-CAD utilizado como herramienta de diseño para el presente trabajo de

investigación pertenece a la compañía peruana ABS ingenieros y será utilizado con fines de

investigación educativa.




- 1 -

I. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA

1.1 LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

1.1.1 Definición

Una línea de transmisión eléctrica es el conjunto de dispositivos dispuestos para guiar la energía eléctrica desde las

fuentes de generación hasta los consumidores donde por lo general no es factible producirla debido a la ausencia de

requerimientos topográficos necesarios para dicha actividad o por la razón de que al producir energía eléctrica el medio

ambiente se ve seriamente afecto. Por lo que las líneas de transmisión representa el medio más adecuado para transportar

grandes cantidades de energía.

Fig. 1 Líneas de transmisión eléctrica 1

1.1.2 Tipos de líneas de transmisión

Las líneas de transmisión eléctrica se pueden clasificar de acuerdo al espacio en el que se encuentran existiendo así aéreas

y subterráneas, por el nivel de tensión trasportada teniendo de baja y alta tensión, por el origen de la tensión ya sean de

corriente continua CC o de corriente alterna CA y por la longitud de las líneas de trasmisión pudiendo ser estas cortas,

medianas y largas.

1 http://www.telemundo33.com/2013/12/13/tres-concesiones-electricas-en-brasil-quedan-en-manos-de-empresas-nacionales/




- 2 -

1.1.3 Tipos de torres

Las torres de transmisión son apoyos metálicos que brindan seguridad al soportar el peso de todas las estructuras y los

esfuerzos mecánicos ocasionados al mantener suspendidos los conductores eléctricos a una cierta distancia considerada desde

la superficie terrestre hasta el punto más bajo del conductor entre torre y torre, distancia que se considera de seguridad.

Las torres de transmisión se clasifican de acuerdo a los siguientes criterios: por la adecuación de las fases, el tipo de

fundación utilizada y por las características mecánicas que posean.

1.1.4 Tipo de torres de acuerdo a la adecuación de las fases

De acuerdo a su adecuación se distinguen el sistema de fases escalonadas en el cual los conductores están a diferentes

niveles de altura y el sistema de fases horizontales en el cual los conductores se encuentran a iguales niveles de altura y en

donde se implica el uso de los hilos de guarda siendo también torres de menor altura. En las siguientes imágenes se puede

apreciar el sistema de fases escalonadas y el de fases horizontales.

Fig. 2 Sistema de fases escalonadas 2

Fig. 3 Sistema de fases horizontales 3

1.1.4.1 Tipo de torres de acuerdo al tipo de fundación utilizada

Por la forma de fundación utilizada se tiene de tipo simple o monópoda en el cual existe un solo punto de sujeción a la

superficie del suelo y se utilizadas en especial para postes, fundación de tipo doble o bípoda utilizadas para estructuras de

mayor altura en donde los puntos de sujeción al suelo son dos y por ultimo fundación separada o tetrápoda utilizada para

estructuras de grandes dimensionadas las cuales están expuestas a altos niveles de esfuerzos mecánicos en donde la sujeción

al suelo es mayor ya que existen cuatro puntos de soporte. Lo antes explicado se puede apreciar de mejor forma en las

siguientes imágenes.

2 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 3 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf




- 3 -

Fig. 4 Torre con fundación monópoda 4

Fig. 5 Torre con fundación bípoda5

Fig. 6 Torre con fundación tetrápoda6

4 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 5 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 6 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf




- 4 -

1.1.4.2 Tipo de torres de acuerdo a sus características mecánicas.

Por ultimo las torres de transmisión se clasifican también por la resistencia que ofrecen a los esfuerzos longitudinales

generados por los conductores que sostienen existiendo torres semirrígidas en las cuales no existen o son mínimos dichos

esfuerzos, torres rígidas las cuales se fabrican en base a cálculos y condiciones exactas de esfuerzos a los que se le va a

someter y por ultimo las torres flexibles que experimentan un área de deformaciones elásticas mayores que las torres antes

mencionadas.

1.1.5 Conductores

Un conductor es un elemento que presenta poca resistencia al paso corriente eléctrica cuando en sus extremos se ve

expuesto a una diferencia de potencial lo cual se conoce como conductividad , se fabrican de materiales que poseen altos

niveles de dicha característica como lo es el cobre, aluminio, aleaciones de cobre, hierro, acero.

Al momento de la elección del conductor los aspectos que rigen su elección son sus propiedades mecánicas y eléctricas,

resistencia a la corrosión, la facilidad para la manipulación del mismo y el aspecto económico.

Fig. 7 Conductores7

1.1.6 Herrajes

Los herrajes son estructuras de consistencia metálica que se complementan con las estructuras de soporte de las líneas de

transmisión desempeñando diferentes funciones en la misma. A continuación se explica algunos de los herrajes utilizados en

líneas de transmisión.

1.1.7 Grilletes

El grillete es una de barra de acero cilíndrica doblada en forma de “U” que cumplen la función de fijar mecánicamente la

cadena de aisladores a la ménsula de la torre.

7 http://image.made-in-china.com/2f0j00hevTwAZByMpI/ACSR-Aluminum-Conductor-Steel-Reinforced.jpg




- 5 -

Fig. 8 Grillete8

1.1.7.1 Grapa de amarre y suspensión

Herraje utilizado para la sujeción del conductor a la cadena de aisladores y dependiendo la disposición de la estructura ya

sea esta tipo pasante o de retención existen grapas de suspensión y amarre respectivamente.

Fig. 9 Grapa de amarre9

8 http://www.distintec.cl/productos.php?categoria=28 9 http://www.korwi.com/Menukorwi2.htm




- 6 -

Fig. 10 Grapa de suspensión10

1.1.7.2 Eslabón ojo bola

Este herraje se utiliza para unir los aisladores permitiendo un ajuste completo y formar así una cadena de aisladores. Se

fabrican a partir a de acero forjado y galvanizado.

Fig. 11 Ojo bola11

10 http://modever.com.co/productos.php?cat=1&subcat=26 11 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf




- 7 -

1.1.7.3 Horquilla bola

Se utiliza para entrelazar los yugos de tipo macho que amarran los conductores a los aisladores. Se fabrican a partir de

hierro forjado y galvanizado.

Fig. 12 Horquilla12

1.1.7.4 Yugo

El yugo brinda un punto de sujeción común para la cadena de aisladores y para los conductores, existiendo de forma

triangular, trapezoide o recto, para líneas con uno o más conductores según sea la formación de conductores por fase.

Fig. 13 Yugo13

12 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 13 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf




- 8 -

1.1.7.5 Amortiguadores

Los amortiguadores son herrajes utilizados para atenuar las oscilaciones provocadas por el viento en el conductor de las

ternas y el hilo de guarda. Como se puede apreciar en la siguiente imagen un amortiguador está conformado por unos

contrapesos en sus extremos, un cable de acero que une los mismos y un apretador en aleación de aluminio el cual se sitúa en

la mitad del cable de acero y viene a ser el punto de sujeción del amortiguador con el conductor.

Fig. 14 Amortiguador Stockbridge Dampers para Hilo de Guarda 14

1.1.7.6 Cuernos de descarga

En líneas de alta tensión se utiliza herrajes denominados cuernos de descarga o antenas superiores e inferiores los cuales

se colocan en los aisladores con la finalidad de protegerlos de los arcos eléctricos originados por sobretensiones. En la

siguiente imagen se puede apreciar una cadena de aisladores con los cuernos de descarga en su parte superior e inferior.

Fig. 15 Cadena de aisladores con cuernos de descarga15

1.1.8 Aisladores

Un aislador eléctrico es un elemento destinado a impedir el paso o circulación de la corriente eléctrica consiguiendo con

ello proteger la línea de transmisión de una descarga franca entre el conductor y la torre de celosía; y también cumplen una

función mecánica en conjunto con los demás herrajes que es la de mantener los conductores suspendidos en el aire entre cada

14 http://www.saprem.com/2amortigua.pdf 15 http://www.textoscientificos.com/fisica/transmision-energia/dispositivos-proteccion




- 9 -

vano. Los aisladores son fabricados de distintos materiales que tienen como propiedad principal la de ser pésimos

conductores eléctricos entre los cuales tenemos la cerámica, vidrio, plásticos, caucho siliconado entre los más utilizados. En

la siguiente figura se puede apreciar distintos tipos de aisladores.

Fig. 16 Aisladores16

17 http://www.ge-elec.com.mx/Paginas/Productos.htm




- 10 -

II. SELECCIÓN Y REQUERIMIENTOS PREVIOS PARA EL

DISEÑO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN A 230 kV

A continuación se detalla los cálculos que se debe realizar para poder determinar los diferentes componentes de la línea de

transmisión como es el tipo de aislador, tipo de conductor, distancia de seguridad, entre otros.

2.1 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL CONDUCTOR ELÉCTRICO A

UTILIZAR

Para poder determinar adecuadamente el conductor que garantice la confiabilidad de línea es necesario realizar el cálculo

del mismo de acuerdo a la corriente de la línea y por las caídas de tensión que presente la misma.

Para la determinación del cálculo del calibre por corriente y caída de tensión de la línea se seguirá el siguiente

procedimiento tomado del libro de Sistemas de Potencia de Duncan Glover.

2.1.1 Cálculo de calibre corriente

𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑃) = 99.5𝑀𝑉𝐴 (Potencia máxima de transmisión por cada circuito)

𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (𝑉) = 230𝑘𝑉 (Nivel de tensión nominal)

𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑓𝑝) = 0.92 (Factor de potencia establecido por la operadora nacional de las líneas de transmisión

Transelectric)

𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 ∗ √3 ∗ 𝑐𝑜𝑠∅ (1) (Potencia trifásica)

𝐼 =𝑃

𝑉 ∗ √3 ∗ 𝑐𝑜𝑠∅

𝐼 =99500𝑘𝑉𝐴

230 ∗ √3 ∗ 0.92

𝐼 = 271.48A (Corriente de línea)

La corriente obtenida en el cálculo es de 271.48A, según la tabla de conductores ACSR corresponde a un cable Quail 2/0

con una capacidad de corriente de 276A.




- 11 -

TABLA I

TABLA DE CONDUCTORES ACSR17

NOMBRE CLAVE

Calibre AWG ó MCM

Sección FORMACION

DIAM. EXTER.

mm

PESO

TENSIÓN DE

RUPTURA kgf

RESISTENCIA CC a 20°C

OHMS/Km

Capacidad de

Corriente Amp.

AL mm2

TOTAL mm2

No. de hilos por diámetro (mm)

AL St

AL kg/km

ST kg/km

TOTAL kg/Km

Quail 2/0 67,4 78,64 6x3,78 + 1x3,78 11,34 184,6 87,5 272,1 2425 0,4245 276

2.1.2 Cálculo de calibre por caída de tensión

Para realizar el cálculo del calibre por caídas de tensión es necesario tomar en cuenta la longitud total de la línea es decir,

considerar los tres tramos el material del conductor genera una resistencia eléctrica lo cual ocasiona una variación de la

tensión conocida como “delta v (∆v)”.

En este cálculo se obtendrá la sección mínima que debe tener el conductor para garantizar que la variación de tensión no

supere el 3% equivalente a 6900V. Variación menor a la permitida equivalente al 5% establecido por el CONELEC

Regulación No. 004/01

𝑃 = 99.5𝑀𝑉𝐴 (Potencia máxima de transmisión por cada circuito en MVA)

𝑉 = 230𝑘𝑉 (Voltaje nominal en V)

𝑓𝑝 = 0.92 (Factor de potencia)

𝑙 = 140𝑘𝑚 (Longitud total de línea en km)

∆𝑉𝑚á𝑥 = 3% (Variación de tensión máxima propuesta %)

Cálculo de la caída de tensión máxima admisible:

∆𝑉𝑚á𝑥 =𝑉∗∆𝑉%

100% (2)

∆𝑉𝑚á𝑥 =230000 ∗ 3%

100%

∆𝑉𝑚á𝑥 = 6900𝑉

Cálculo de sección de conductor considerando la caída de tensión máxima admisible:

17 disensa.com/main/images/pdf/electro_cables.pdf




- 12 -

∆[𝑆] ≈√3∗𝑓𝑝∗𝐼∗𝑙

𝛿∗∆𝑉 (3)

Donde,

∆[𝑆], (Sección del conductor en mm2)

𝛿, Conductancia del conductor, 35 para ACSR

∆[𝑆] ≈√3∗0,92∗271.48𝐴∗140000𝑚

35∗6900𝑉

∆[𝑆] ≈ 250.78𝑚𝑚2

2.1.3 Características del conductor

Una vez obtenido los resultados del cálculo del calibre del conductor tanto por corriente como por caída de tensión y al

compararlos estos indican que el conductor que cumple con los dos requerimientos es el conductor PELIKAN tipo ACSR,

que según la siguiente tabla de datos del fabricante el conductor posee las siguientes características:

TABLA II


NOMBRE CLAVE

Calibre AWG

ó MCM

Sección FORMACION

DIAM. EXTER.

mm

PESO

TENSIÓN DE

RUPTURA kgf


OHMS/Km

Capacidad de

Corriente Amp.

AL mm2

TOTAL mm2


AL St

AL kg/km

ST kg/km

TOTAL kg/km

Pelikan 477 241,7 255,1 18x4,14 + 1x4,14 20,68 666,3 104,6 770,9 5579 0,1189 646

Según la tabla del fabricante el conductor PELIKAN tipo ACSR tiene un diámetro de 20.68mm y una resistencia en

corriente continua a 20°C de 0.1189 Ohm/km.

Pero por razones de esfuerzos mecánicos que el conductor debe soportar en el diseño de línea de transmisión a 230 kV, se

considera la utilización de un conductor de sección mayor al que se obtuvo como resultado luego de los cálculos realizados

por caída de tensión y corriente. Por ello para el diseño de la línea de transmisión el conductor a utilizar será de tipo ACSR,

de nombre comercial Drake y de formación 26/7 hilos, con las siguientes características:

18 disensa.com/main/images/pdf/electro_cables.pdf




- 13 -

TABLA III


NOMBRE CLAVE

Calibre AWG

ó MCM

Sección FORMACION

DIAM. EXTER.

mm

PESO

TENSIÓN DE

RUPTURA kgf


OHMS/Km

Capacidad de

Corriente Amp.

AL mm2

TOTAL mm2


AL St

AL kg/km

ST kg/km

TOTAL kg/km

Drake 795 402,8 468 26x4,44 + 7x3,45 28,11 1116 511,2 1627 14290 0,07051 907

Los conductores ACSR son conductores de aluminio reforzados con almas de acero, permitiendo así una mayor

resistencia a la tensión mecánica y tracción sin que esto influya en la reducción de las características de conductividad.

Fig.17 Formación del cable tipo ACSR20

2.2 PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LA LÍNEA

La línea de transmisión tiene una distancia total de 140 km y al estar entre 80 y 240 km de distancia está dentro de la

clasificación de línea de tipo media por su longitud, por lo que para su análisis se considera el modelo de circuito equivalente

π; modelo tomado del libro “Sistemas Eléctricos de Potencia de Duncan Glover, pág. 221”que se muestra en la figura

siguiente.

19 disensa.com/main/images/pdf/electro_cables.pdf 20http://www.sectorelectricidad.com/8503/cual-es-la-diferencia-entre-los-conductores-aac-aaac-y-acsr/




- 14 -

Fig.18 Circuito π equivalente para línea media 21

En el modelo π equivalente intervienen parámetros eléctricos como resistencia, impedancia, admitancia inductiva y

admitancia en derivación. Con el cálculo de estos parámetros es posible hallar las constantes A, B, C, D, que intervienen en

el modelamiento.

𝐴 = D = 1 +𝑌𝑍

2 (4)

𝐵 = Z (5)

𝐶 = Y (1 +𝑌𝑍

4) (6)

Donde,

A, B, C, D, Constantes del circuito equivalente π

Y, Admitancia

Z, Impedancia

2.2.1 Cálculo del radio del conductor

El radio del conductor está dado por la siguiente fórmula:

𝑟 =𝐷

2 (7)

Donde,

r, Radio del conductor en mm

D, Diámetro del conductor DRAKE en mm, obtenido de la tabla del fabricante

𝑟 =28.11𝑚𝑚

2

21 lineas-tecsup.pdf




- 15 -

𝑟 = 14.05𝑚𝑚

2.2.2 Cálculo de la resistencia eléctrica

Debido a que la línea atraviesa diferentes sectores entre Azuay y Loja exponiéndose así a diferentes niveles de

temperatura, por ello para el cálculo y diseño de línea se considera una temperatura promedio de 20°C. En la siguiente tabla

se indica el valor por unidad de resistencia que posee el conductor DRAKE por milla a una temperatura de 20°C.

TABLA IV

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LOS CONDUCTORES ACSR 22

NOMBRE CLAVE

Área de Al. Cmil

Trenzado AL/ST

Capas de AL

Diámetro ext.

Pulgadas

RESISTENCIA

RMG D pies

Reactancia por conductor a l pies de espaciamiento

60Hz CA, 60Hz

Dc, 20°C Ω/1000

pies

20°C Ω/milla

50°C Ω/milla

Xa inductiva Ω/milla

X'a capacitiva MΩ/milla

Drake 795 26/7 2 1,108 0,0215 0,1172 0,1284 0,0373 0,399 0,0912

Resistencia en temperatura de 20°C equivalente a 0.1172 Ω/milla.

𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑅𝑝𝑢 ∗ 𝐿 (8)

Donde,

𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 Resistencia en Ω/milla, a temperatura de 20°C, obtenido de la tabla de fabricante

L Longitud total de la línea en millas

𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 0.1172Ω

𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎∗ 87.01𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎

𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 10.19Ω

2.2.3 Disposición de conductores

Según el NESC (National Electrical Safety Code) indica que se puede calcular la distancia mínima entre conductores

mediante la siguiente expresión:

𝐷 = K(F + L)1

2 +𝑉𝑛

150 (9)

22 Manual de conductores eléctricos de aluminio, 2ª Edición, Washington DC, 1982




- 16 -

Donde,

Donde,

D, Distancia entre fases en m

K, Factor que tiene en cuenta el tipo de conductor y el ángulo de oscilación de la cadena. (Para un conductor

ACSR mayor de 200 mm2 y un ángulo de oscilación máximo de 55°, este valor es de 0.75)

F, Flecha máxima en m

L, Longitud de la cadena de aisladores en m

Vn, Voltaje nominal

Pero debido a que el parámetro de la flecha varía de un vano a otro, el Código de Redes recomienda una distancia mínima

de 6m entre conductores.

En base a lo antes mencionado en la siguiente figura se muestra la disposición de los conductores en los soportes con sus

respectivas distancias.

Fig.19 Disposición de los conductores

2.2.4 Cálculo de la reactancia Inductiva (Xl)

En la tabla IV se indica el valor por unidad de la reactancia inductiva del conductor DRAKE el cual tiene el siguiente

valor.

𝑋𝐿 = 0.399Ω

𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎

A más del valor de la reactancia inductiva se requiere el factor de compensación por espaciamiento el cual proviene de la

distancia que existe entre conductores según sea la disposición de los conductores en las ternas de las torres, y el cual como

se puede apreciar en la figura 19 se puede apreciar esta distancia la cual es igual a 6m equivalente a 19.685 pies. En la tabla

siguiente se muestran los valores establecidos del factor de compensación por espaciamiento.




- 17 -

TABLA V

FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA XL, 60HZ 23

Pies Pulgadas

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 -0,3015 -0,2174 -0,1682 -0,1333 -0,1062 -0,0841 -0,0654 -0,0492 -0,0349 -0,0221 -0,0106

1 0 0,0097 0,0187 0,0271 0,0349 0,0423 0,0492 0,0558 0,0620 0,0679 0,0735 0,0789

2 0,0841 0,0891 0,0938 0,0984 0,1028 0,1071 0,1112 0,1152 0,1190 0,1227 0,1264 0,1299

3 0,1333 0,1366 0,1399 0,1430 0,1461 0,1491 0,1520 0,1549 0,1577 0,1604 0,1631 0,1657

4 0,1682 0,1707 0,1732 0,1756 0,1779 0,1802 0,1825 0,1847 0,1869 0,1891 0,1912 0,1933

5 0,1953 0,1973 0,1993 0,2012 0,2031 0,2050 0,2069 0,2087 0,2105 0,2123 0,2140 0,2157

6 0,2174 0,2191 0,2207 0,2224 0,2240 0,2256 0,2271 0,2287 0,2302 0,2317 0,2332 0,2347

7 0,2361 0,2376 0,2390 0,2404 0,2418 0,2431 0,2445 0,2458 0,2472 0,2485 0,2498 0,2511

8 0,2523

A 60 Hz en Ω/milla por conductor Xd=0,06831 log d,

con d=separación en pies Para líneas trifásicas

d=Deq

9 0,2666

10 0,2794

11 0,291

12 0,3015

13 0,3112

14 0,3202

15 0,3286

16 0,3364

17 0,3438

18 0,3507

19 0,3573

20 0,3635

21 0,3751

22 0,3805

23 0,3856

24 0,3906

25 0,3953

El valor de factor de compensación por espaciamiento que corresponde a una distancia de 19.685 es de 0.3635 el cual se

puede observar en la tabla anterior marcado de color rojo.

𝑋𝑙𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑋𝑙 + 𝑋𝑑) ∗ 𝐿 (10)

Donde,

Xltotal, Reactancia inductiva total en Ω

Xl, Reactancia inductiva parcial, obtenido de tabla Ω/milla

Xd, Compensación por espaciamiento de conductores, obtenido de tabla Ω/milla

L, Longitud total de la línea en millas





- 18 -

𝑋𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (0.399Ω

𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎+ 0.3635

Ω

𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎) ∗ 87.01𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎

𝑋𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 66.34Ω

2.2.5 Cálculo de la reactancia capacitiva (Xc)

En la tabla IV se indica el valor por unidad de la reactancia capacitiva el cual tiene el siguiente valor.

𝑋𝑐 = 0.0912MΩ

𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎

De la misma forma que en el cálculo de la reactancia inductiva aquí también se requiere un factor de compensación por

espaciamiento entre conductores los cuales se ven a siguiente tabla.

TABLA VI

FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA Xc, 60HZ 24

Pies Pulgadas

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 -0,0737 -0,0532 -0,0411 -0,0326 -0,0260 -0,0206 -0,0160 -0,0120 -0,0085 -0,0054 -0,0026

1 0 0,0024 0,0046 0,0066 0,0085 0,0103 0,0120 0,0136 0,0152 0,0166 0,0180 0,0193

2 0,0206 0,0218 0,0229 0,0241 0,0251 0,0262 0,0272 0,0282 0,0291 0,0300 0,0309 0,0318

3 0,0326 0,0334 0,0342 0,0350 0,0357 0,0365 0,0372 0,0379 0,0385 0,0392 0,0399 0,0405

4 0,0411 0,0417 0,0423 0,0429 0,0435 0,0441 0,0446 0,0452 0,0457 0,0462 0,0467 0,0473

5 0,0478 0,0482 0,0487 0,0492 0,0497 0,0501 0,0506 0,0510 0,0515 0,0519 0,0523 0,0527

6 0,0532 0,0536 0,0540 0,0544 0,0548 0,0552 0,0555 0,0559 0,0563 0,0567 0,0570 0,0574

7 0,0577 0,0581 0,0584 0,0588 0,0591 0,0594 0,0598 0,0601 0,0604 0,0608 0,0611 0,0614

8 0,0617

A 60 Hz en Ω'/milla por conductor Xd'=0,06831 log d,

con d=separación en pies Para líneas trifásicas

d=Deq

9 0,0652

10 0,0683

11 0,0711

12 0,0737

13 0,0761

14 0,0783

15 0,0803

16 0,0823

17 0,0841

18 0,858

19 0,0874

20 0,0889

21 0,0903

22 0,0917

23 0,093

24 0,943

25 0,0955





- 19 -

El valor de factor de compensación por espaciamiento que corresponde a una distancia de 19.685 es de 0.0889 el cual se

puede observar en la tabla anterior marcado de color rojo.

𝑋𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑋𝑐 + 𝑋𝑑) ∗ 𝐿 (11)

Donde,

Xctotal, Reactancia capacitiva total en MΩ

Xc, Reactancia capacitiva parcial, obtenido de tabla MΩ/milla

Xd, Compensación por espaciamiento de conductores, obtenido de tabla MΩ/milla

L, Longitud total de la línea en millas

𝑋𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (0.0912MΩ

𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎+ 0.0889

MΩ

𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎) ∗ 87.01𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎

𝑋𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 15.67MΩ

2.2.6 Cálculo de admitancia en derivación (Yc)

Para obtener la admitancia en derivación del circuito equivalente de la línea media se aplica la inversa de la reactancia

capacitiva en derivación obtenida anteriormente.

𝑌𝑐 =1

𝑋𝑐 (12)

𝑌𝑐 =1

15.67𝑀Ω

𝑌𝑐 = 0.0638𝜇𝑆𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠

2.2.7 Circuito π equivalente de línea

El circuito equivalente π que corresponde a la línea de transmisión con los respectivos valores calculados anteriormente se

puede observar en la siguiente figura.

Fig.20 Circuito π de línea media equivalente




- 20 -

2.2.8 Cálculo de parámetros ABCD del circuito π nominal

Para el cálculo de las constantes ABCD es necesaria la impedancia obtenida de la suma de la resistencia y la reactancia

inductiva, obteniendo:

𝑍 = (10.19 + j66.34)Ω

𝑍 = (67.11∠81.26°)Ω

Donde

Z, Impedancia

2.2.8.1 Constante A

𝐴 = D = 1 +𝑌∗𝑍

2 (13)

Donde,

Yc, Admitancia

Z, Impedancia

p.u. Por unidad

𝐴 = 1 +(0.0638𝑥10−6 ∠ 90°)(67.11 ∠ 81.26°)

2

𝐴 = (0.99 ∠18.63𝑥10−6°) p.u.

2.2.8.2 Constante B

𝐵 = Z (14)

𝐵 = (67.11∠81.26°)Ω

2.2.8.3 Constante C

𝐶 = Y (1 +𝑌∗𝑍

4) (15)

𝐶 = (0.0638𝑥10−6∠90°) (0.99∠9.31𝑥10−6°)

𝐶 = (0.0637𝑥10−6∠90.1°)




- 21 -

2.2.9 Modelamiento de línea de transmisión media

Con las constantes A, B, C, D calculadas se puede proceder a calcular los parámetros eléctricos en los lados de generación

y recepción, y a partir de ello poder determinar el rendimiento en la línea de transmisión lo cual define el porcentaje de

pérdidas o regulación, que es el parámetro más importante en el diseño eléctrico. En la siguiente imagen se observa los

parámetros eléctricos a ser calculados.

Fig.21 Modelamiento de línea de transmisión media

Donde,

Is, Corriente de emisor o generación

Vs, Voltaje de emisor o generación

Ir, Corriente de receptor o carga

Vr, Voltaje de receptor o carga

𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = ( A × 𝑉𝑅𝑓𝑎𝑠𝑒 ) + ( 𝐵 × 𝐼𝑅 ) (16)

𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = (0.99 ∠18.63𝑥10−6°) ( 128.8 ∠ 0° ) + (67.11∠81.26°)( 0.279 ∠ 23.07° )

𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = ( 125.35 ∠ 8.32° ) 𝑘𝑉

𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = ( 125 357 ∠ 8.398° ) 𝑉

𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 × √3 (17)

𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 125.35 × √3

𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 217.11 𝑘𝑉

𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 217 113 𝑉




- 22 -

2.2.9.1 Eficiencia

ƞ =𝑃𝑅

𝑃𝑆∗ 100% (18)

ƞ =99.5 𝑀𝑉𝐴

100.4 𝑀𝑉𝐴∗ 100% = 99.10%

2.2.10 Porcentaje de regulación

% 𝑅𝑒𝑔 =𝑃𝑆−𝑃𝑅

𝑃𝑅∗ 100% (19)

% 𝑅𝑒𝑔 =100.4 MVA−99.5 MVA

99.5 MVA∗ 100%

% 𝑅𝑒𝑔 = 0.90%

2.2.11 Pérdidas de potencia

La potencia de pérdidas en base al modelo π desarrollado se obtiene de la siguiente ecuación obtenida del libro “Cálculos

de líneas y redes, de Ramón María Mujal Rosas”

𝑃𝑃 =3

2∗ R ∗ (𝐼𝑆

2 + 𝐼𝑅2) (20)

Donde,

Pp, Potencia de pérdidas

R, Resistencia total de línea

Is, Corriente de generación

IR, Corriente de recepción

𝑃𝑃 =3

2∗ 10.19 ∗ (2762 + 2792)

𝑃𝑃 = 2.35MW

La pérdida de potencia no excederá el 3% por cada 100km.

2.3 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL AISLADOR

Dentro del criterio básico para determinar el aislamiento requerido se consideran los siguientes aspectos determinantes:

- Selección de la distancia de fuga dispuesta para la cadena de aisladores.




- 23 -

- El nivel isoceráunico determina la cantidad de descargas atmosféricas en una zona específica ocurridas en un año,

para las zonas ubicadas entre la provincia del Azuay y Loja el valor de incidencia es de 10, valor obtenido del Mapa

Isoceráunico del Ecuador disponible en el sitio web del INAMHI.

- Sobretensiones a frecuencia industrial y por descargas atmosféricas, debido a que el voltaje máximo del sistema para

las líneas de transmisión se ubican en el rango I según la norma IEC 60071-1 (desde 0 hasta 245kV), se analizan las

distancias eléctricas en términos de soportabilidad ante impulsos de frente rápido (corta duración) y de frecuencia

industrial.

- Nivel de contaminación de la zona por donde atravesará el conductor.

Para las estructuras de suspensión y retención se utilizarán los mismos tipos de aisladores de porcelana en forma de

campana tipo niebla, con las siguientes características:

TABLA VII

CARACTERÍSTICAS DEL AISLADOR TIPO NIEBLA25

CARACTERÍSTICA TIPO NIEBLA

CADENAS DE SUSPENSIÓN CADENAS DE RETENCIÓN

Tipo Suspensión disco cuenca y bola

Suspensión disco cuenca y bola

Material Porcelana Porcelana

Resistencia electromecánica (kN) 120 120

Diámetro D (mm) 280 280

Espaciamiento S (mm) 146 146

Distancia mínima de fuga (mm) 445 445

Fig.22 Aislador de porcelana tipo niebla26

25 www.gamma.co/pdf/boletines/tecnicos/boletin05.pdf 26 http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap3/c3aisladores.php




- 24 -

2.3.1 Longitud de cadenas de aisladores

De los fabricantes PLP Brasil e Industrias Arruti se extrae las siguientes tablas en donde se muestra la forma de como se

debe realizar el cálculo de la longitud de las cadenas de suspensión y retención, cálculo en el cual ya se toma en cuenta la

distancia de cada aislador más las distancias que se suman por los acoples de los mismos.

TABLA VIII

LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE SUSPENSIÓN

Elemento

Carga de rotura (kN)

Longitud de acople herrajes ARRUTI

(mm)

Longitud de acople herrajes PLP

(mm)

Grillete 120 68 75

Adaptador óvalo-bola 120 73 60

Aisladores 120 N 146 N 146

Adaptador rótula-óvalo largo

(para operación en caliente) 120 200 200

Grapa de suspensión 60% TUR conductor 66 40

Longitud ----- N 146 + 407 N 146 + 375

Donde N, describe el número de aisladores que forman la cadena.

TABLA IX

LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE RETENCIÓN

Elemento

Carga de rotura (kN)

Longitud de acople

herrajes ARRUTI

(mm)

Longitud de acople herrajes

PLP (mm)

Grillete 120 68 75

Adaptador óvalo-bola 120 73 60

Aisladores 120 N 146 N 146

Adaptador rótula-horquilla (Para operación en caliente) 120 (Nota 1) (Nota 1)

Grapa de retención 95% TUR

conductor

(Nota 1) (Nota 1)

Longitud ----- N 146 + 141 N 146 + 135

Donde N, describe el número de aisladores que forman la cadena.




- 25 -

2.3.2 Aislamiento a frecuencia industrial

Para el cálculo del aislamiento a frecuencia industrial se considera la metodología tomada del Electric Power Research

Institute (EPRI), referencia 5.

V60𝐻𝑧𝐹−𝑁 = 𝑉𝑚𝑎𝑥𝑓−𝑁 ∗ F𝑠 ∗ F𝑦 ∗ 𝐹𝑑𝑒𝑛 ∗ Fh (21)

Donde,

V60HzF-N, Sobrevoltaje de 60 Hz

Vmax F-N, Voltaje máximo de operación Fase – Neutro (141.5kV)

Fs, Factor de sobre voltaje por tensiones temporales, debido a que el sistema se considera sólidamente

aterrizado equivale a se considera 1.4

Fy, Factor de contaminación y mantenimiento, se considera 1.1

Fden, Factor de densidad del aire 1/valor tabla

Fh, Factor por humedad.

Debido a que la zona por la que atraviesa la línea de transmisión presenta una altura promedio de 3000 msnm se considera

esta para la determinación del factor de densidad del aire.

Fig.23 Factor de densidad del aire en función de msnm27

El factor de densidad del aire para una altura de 3000msnm se obtiene mediante el cálculo de dividir 1 para el factor de

tabla, el cual si observamos la figura anterior este valor de tabla corresponde a 0.7, y al aplicar el cálculo antes mencionado

da como resultado de factor de densidad del aire un valor de 1,43.

El factor de humedad Fh, se obtiene al considerar la temperatura promedio del área equivalente a 20°C, temperatura que

se considera para esta zona según el atlas solar disponible en la página web del CONELEC.

27 http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/Tema06.htm




- 26 -

Fig.24 Humedad absoluta en función de la temperatura28

De la figura anterior en su parte izquierda se observa el valor de humedad absoluta del aire el cual para una temperatura de

20°C tiene un valor de 17.5 g/m3 el mismo que al ubicarlo en la parte derecha de la gráfica corresponde a un factor de

humedad igual a 0.93. Reemplazando estos valores en la ecuación de V60𝐻𝑧𝐹−𝑁 se obtiene un sobrevoltaje a 60 Hz de

289kV, valor que según la siguiente tabla tomada del NKG Technical Note resulta una distancia mínima en aire para

sobrevoltajes de baja frecuencia, equivalente a 110cm.

Fig.25 Distancia mínima en aire para voltajes de baja frecuencia29

28 http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/Tema06.htm 29 NKG TECHNICAL NOTE, April 26/88




- 27 -

2.3.3 Determinación de la línea de fuga

Para la determinación de la distancia de fuga es necesario considerar el nivel de contaminación ambiental, dada por la

siguiente tabla obtenida de la norma IEC 71-2, 1996-12.

TABLA X

GRADOS DE CONTAMINACION DE ACUERDO A NORMA IEC 71-230

Debido a la ruta que atraviesa la línea y proyectando un crecimiento industrial a futuro, la línea de transmisión se

dimensiona como de nivel tres siendo este de tipo fuerte, y el cual corresponde a una distancia nominal de fuga mínima de

25mm por kV.

La distancia de fuga mínima está dada por la siguiente ecuación considerada en la misma norma:

Df𝑚𝑖𝑛 = 𝐾𝑓 ∗ V𝐹−𝐹 𝑚𝑎𝑥 ∗ Kd (22)

30http://www.unalmed.edu.co/~lcardona/transporte/Aislamiento_lineas_transmision_energia.pdf




- 28 -

Donde,

Dfmin , Distancia de fuga mínima nominal en mm

Kf, Distancia de fuga específica mínima nominal (25mm/kV)

VF-Fmax, 245 kV (Máxima tensión de servicio fase-fase en línea de 230kV según norma IEC 60071-1)

Kd, Factor de corrección que depende del diámetro de las aletas de los aisladores (1 para diámetro de

aisladores menor a 300 mm)

Reemplazando los datos en la ecuación se obtiene:

𝐷𝑓𝑚𝑖𝑛 = 6125𝑚𝑚

2.3.4 Cálculo del voltaje crítico de flameo inverso y número de aisladores

Teniendo en cuenta la distancia de fuga del aislador a utilizar equivalente a 445mm, se obtiene la cantidad de aisladores a

emplear, siendo:

Cantidad de unidades =𝐷𝑓𝑚í𝑛

𝐷𝑓𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 (23)

Donde,

Dfmin, Distancia mínima de fuga

Dfaislador, Distancia de fuga del aislador (445mm)

Cantidad de unidades = 13.76

La longitud de aislamiento previo corresponde a 14 aisladores, por lo tanto W equivale a 2.044m

Sin embargo, el número de aisladores a utilizar debe tomar en cuenta un valor de corrección correspondiente al voltaje

crítico del flameo inverso CFO, dado por la siguiente ecuación obtenida de la norma IEC 60071-2.

CFO = (400 +710

𝑡0.75) 𝑊 (24)

Donde,

t, Tiempo de flameo en µs

W, Longitud de aislamiento previo en metros

Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene un voltaje crítico de flameo de 1196kV, valor que considera un factor

de corrección por la altitud, que se calcula mediante la siguiente ecuación obtenida de la norma IEC 60071-2.

Ka = 𝑒𝑚(

𝐻

8150) (25)

Donde,




- 29 -

H, Altura sobre el nivel del mar

m, 1 para coordinación de voltajes de soporte de impulso atmosférico. (IEC 60071-2)

Reemplazando los valores se obtiene el CFO corregido equivalente a 1728kV.

A partir de los valores obtenidos del CFO se escoge el número de unidades que cumpla por arriba del valor obtenido, en la

siguiente tabla tomada de la norma ANSI C29.1

TABLA XI

VOLTAJE IMPULSIVO DE FLAMEO CON PROBABILIDAD DEL 50%

RANGO

N° DE

UNIDADES

(280*146 mm)

CFO*

(kV)

Distancia de

fuga (mm)

0-1000 msnm 14 1310 6230

1000-2000 msnm 17 1595 7565

2000-3000 msnm 19 1755 8455

3000-4000 msnm 20 1840 8900

La cantidad de aisladores a utilizarse es de 19 unidades para las cadenas de suspensión y de 20 unidades para las de

retención, basándose en el criterio del esfuerzo mecánico en los dos casos.

La longitud de la cadena de suspensión según el fabricante PLP de Brasil mencionado con anterioridad en la tabla VIII es

igual a:

𝐿𝑐 = (𝑁 ∗ 146 + 375)𝑚𝑚

𝐿𝑐 = 3149𝑚𝑚

De la misma forma la longitud de la cadena de retención considerando la tabla IX es igual a:

𝐿𝑐 = (𝑁 ∗ 146 + 135)𝑚𝑚

𝐿𝑐 = 2909𝑚𝑚

2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE TORRE A UTILIZAR

Para la línea de transmisión eléctrica se ha optado por la utilización de torres de celosía auto soportadas por la razón de

que presentan características como facilidad para su transporte y armado.




- 30 -

Las celosías son barras rectas que se fabrican de acero, aluminio o cualquier otro tipo de material en función de las

características que se requiera para las torres; y se interconectan formando triángulos teniendo como elemento de sujeción

tuercas y arandelas.

Existen torres de distintas alturas siendo las más comunes las de alturas tales como 24, 30, 36, 42 y 47m las cuales se

utilizan de acuerdo a la distancia del vano y por sobre todo mantengan en todo el trayecto la distancia de seguridad

garantizando así el bienestar de las personas que deban transitar por debajo de la línea.

El tipo de torre a considerar en el diseño de la línea de transmisión es de 47m de altura, tomada del fabricante

(Fabricantes Electro Mecánicos) FEM Ltda. del diseño de la línea de transmisión Paute-Cuenca a 230kV, más detalles en el

Anexo J.

2.5 HILO DE GUARDA

El hilo guarda es un conductor en la parte más alta de la torre de transmisión eléctrica, los mismos que no tienen tensión y

están conectados a la estructura metálica del soporte con una puesta a tierra de resistencia eléctrica baja.

El cable de guarda utilizado en el diseño es el tipo OPGW que tiene 10mm. de diámetro, 12 fibras, con una resistencia

mecánica de 4900 kgf de esfuerzo a la rotura.

El hilo de guarda cumple la función de proteger a la línea contra las descargas atmosféricas que se puedan suscitar en

cualquier punto del trazado de la línea y a más de ello desempeñan una función adicional la cual de transmisión de datos al

utilizarse los hilos de fibra óptica que posee en su parte central.

Fig. 26 Hilos de guarda31

2.6 PUESTA A TIERRA

Para proteger la línea de transmisión de manera adecuada es necesario contar con puestas a tierra en cada una de las torres,

para lo cual se debe tomar en cuenta las normas ANSI-IEEE Standard 142-1991 y ANSI-IEEE-80, que indican que se debe

obtener una resistencia máxima de 10 ohmios, si es necesario se deberá mejorar el terreno o incrementar el número de

varillas si la resistividad es muy elevada.

31 http://es.scribd.com/doc/15739395/Cable-de-Guarda-

http://es.scribd.com/doc/15739395/Cable-de-Guarda-




- 31 -

TABLA XII

REQUERIMIENTOS DE RESISTENCIA EN PUESTAS A TIERRA 32

Requerimiento Impedancia

(Ω) Resistencia Base

Máxima (Ω)

Central generadora 0 - 1.0 - - -

Central de transmisión 0 - 1.0 - - -

Subestación 0 - 2.0 - - -

Líneas de transmisión - - - 10

Líneas de distribución - - - 5

Torres de comunicación

- - - 5

El hilo de guarda y estructuras de las torres contarán con una puesta a tierra con cable de acero enchapado de cobre y

varillas cooperweld de 2,4m de longitud por 5/8” de diámetro, el cable de cobre desnudo será de 7 hilos, tipo semiduro, calibre

No. 1 AWG, será fabricado en base a las normas ASTM B2, B3 y B8 o similares.

Las varillas copperweld estarán protegidas contra la oxidación por una capa exterior de cobre permanentemente fundida al

alma de acero de 254 micras de espesor, deberán contener el conector fijo y será de cobre con perno para ajustar al conductor

de puesta a tierra.

Según las normas mencionadas con anterioridad se puede conformar diseños de puestas a tierra utilizando electrodos

verticales o electrodos horizontales.

De acuerdo con la norma IEEE STD 142, la resistencia de puesta a tierra de cualquier electrodo vertical u horizontal está

compuesta por:

- Resistencia del material del electrodo

- Resistencia del contacto entre el electrodo y el suelo

- Resistencia del suelo, que se opone al flujo de corriente desde la superficie del electrodo hacia la tierra.

Tanto las resistencia del material del electrodo y la del contacto entre el electrodo y el suelo con relativamente pequeñas

(10-4 Ω) por lo que son despreciables en el cálculo.

2.6.1 Electrodo vertical

La resistencia de conexión a tierra en un electrodo vertical está dada por la siguiente expresión:

𝑅𝑒𝑣 = (𝜌

2𝜋𝐿) [ln (

4𝐿

𝑟) − 1 ] (26)

32https://www.google.com.ec/?gfe_rd=cr&ei=dhqNU4WBPY289Aaf74CwBg#q=manual+para+el+dise%C3%B1o+y+construcci%C3%B3n

+puestas+a+tierra.pdf




- 32 -

Donde,

Rev, resistencia del electrodo vertical, ohm.

ρ, resistividad del terreno, ohm/m.

L, longitud del electrodo vertical, m.

r, Radio del electrodo vertical, m.

Fig.27 Disposición vertical de electrodo de puesta a tierra 33

2.6.2 Electrodo horizontal

Para electrodos horizontales de longitud L se aplica la siguiente expresión:

𝑅𝑒ℎ = (𝜌

2𝜋𝐿) [ln (

2𝐿

𝑟) + ln (

𝐿

ℎ) − 2 +

2h

L−

ℎ2

L2 + ℎ4

2L4 ] (27)

Donde:

Reh, resistencia del electrodo horizontal, ohm.

ρ, resistividad del terreno, ohm*m.

L, longitud del electrodo horizontal, m.

r, radio del electrodo horizontal, m.

h, profundidad de enterramiento, m.

33 http://electricidad-okar.blogspot.com/2009_05_01_archive.html




- 33 -

La resistividad del terreno depende de factores como el tipo de suelo, la composición química, la humedad, el efecto de la

temperatura de la región, el tamaño del grano y la compactación.

Fig.28 Disposición horizontal de electrodo de puesta a tierra 34

2.7 CÁLCULO DE LA DISTANCIA MÍNIMA DE SEGURIDAD

La distancia de seguridad vertical se considera como mínimo 6.58m de altura desde la superficie del piso hasta el punto

más bajo del conductor inferior de la terna para un nivel de tensión de 230kV, según la regulación del CONELEC 002/10,

“Regulación de distancias de seguridad” y el Código de Redes. En el presente diseño se considera una distancia de 8m lo cual

le agrega un margen de seguridad adicional y dicha distancia se mantiene a lo largo del trazado de la línea de transmisión.

La distancia de seguridad según la regulación mencionada se obtiene de:

Para tensiones superiores de 22kV hasta 470kV:

𝐷 = 𝐷𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 + [0.01 ∗ (𝑉 − 22)]𝑚 (28)

Donde,

D, Distancia de seguridad obtenida

Dtabla, Distancia de tabla a 22kV, (4.5m)

0.01, Constante que considera el incremento de 0.01m por cada kV a partir de 22kV

𝐷 = 4.5𝑚 + [0.01 ∗ (230 − 22)]𝑚

𝐷 = 6.58𝑚

2.8 FUNDICIONES O CIMENTACIONES

Para poder determinar el tipo de cimentación para cada torre se debe realizar un estudio del suelo donde se vaya a situar la

misma y mediante ello se pueda determinar las condiciones del terreno y poder así saber si es arcilloso, rocoso, determinar su

34 http://www.tuveras.com/seguridad/tierra/tierra.htm




- 34 -

nivel freático (aguas subterráneas), también determinar si el terreno posee elementos que puedan afectar las características del

concreto o a las mismas varillas de acero de la cimentación.

Los tipos de cimentaciones van asociados con el tipo de suelo por lo que a continuación se presentan recomendaciones

dadas por el American Concrete Institute (ACI):

a) Suelos con capacidad portante inferior a 0.5 kg/cm2

Son suelos muy que tienden a disminuir su volumen cuando se les somete a una presión por lo que son muy propensos a

asentamientos diferenciales y generalmente con alto nivel freático (aguas subterráneas). Para este tipo de suelos se

recomienda cimentación con pilotes, cimentación en plateas o zapatas aisladas.

b) Suelos con capacidad portante entre 0.5 kg/cm2 y 1.0 kg/cm2

Son suelos más estables y con menos riesgo de asentamientos. El diseño de la cimentación se ejecuta para el límite

inferior del rango (0.5 kg/m2). La cimentación más adecuada es la zapata aislada. Se recomienda obtener varias

combinaciones de los valores de profundidad de la cimentación contra el tamaño de la losa de apoyo, hasta encontrar la más

económica.

c) Suelos con capacidad portante entre 1.0 kg/cm2 y 2.0 kg/cm2

Constituyen el rango de capacidades portantes más frecuentes encontradas. Las cimentaciones más recomendables son:

zapatas, en sitios con presencia de nivel freático, patas de elefante, si el suelo es cohesivo y permite ejecutar una excavación

conformada.

d) Suelos con capacidad portante superior a 2.0 kg/cm2

Por lo general se encuentran en terrenos bastante escarpados, son de difícil excavación y algunos de ellos de constitución

rocosa. Las cimentaciones recomendadas son las zapatas, las patas de elefante, las parrillas o el anclaje en roca siempre y

cuando se encuentre roca sana superficial.

a. De bloque único o zapatas.

Las fundaciones de bloque único consisten en una sola base de hormigón, sobre la cual se fijarán las bases de las

torres de forma apernada. Esta fundación es usada cuando el terreno es plano pero poco resistente. Las cimentaciones de

bloque único se pueden calcular con el método de Sulzberger que es particularmente apropiado cuando el suelo presenta

resistencia lateral y de fondo con fundaciones profundas; o con el método de Mohr, que se adapta a terrenos son

resistencia lateral, con bases anchas.




- 35 -

Fig.29 Fundación de bloque único 35

b. De partes separadas o patas de elefante

Cuando el terreno se muestra resistente se utiliza fundaciones de partes separadas, pues son independientes una de la

otra.

Fig.30 Fundación de partes separadas 36

c. Pilotes o anclaje en roca

Los pilotes se emplean para efectuar fundaciones en terrenos en los cuales las características resistentes se encuentran

solo "a profundidad".

35 http://www.cramelectro.com/wordpress/index.php/tag/psc-s-a/ 36 http://ingenieriaelectricaexplicada.blogspot.com/2010_02_01_archive.html




- 36 -

Fig.31 Fundación de pilotes 37

2.9 CÁLCULOS MECÁNICOS

El presente diseño de línea de transmisión se realiza con la ayuda del software DLT-CAD el mismo que genera de forma

automáticamente reportes con los cálculos mecánicos y características a los que se ven expuestos las torres, conductores y

demás elementos que conforman la línea de transmisión. A continuación se explicara la definición de los parámetros

mecánicos más significativos y las fórmulas para determinar su valor. Para mayor detalle de los resultados de los parámetros

mecánicos revisar los anexos del presente proyecto donde se detallan todos los valores de catenarias, flechas, longitud de

conductor entre otros.

2.9.1 Catenaria

La catenaria no es más que la curva que describe un conductor de peso uniforme suspendido entre dos soportes ya sea al

mismo o diferente nivel de altura.

Fig. 32Catenaria38

El cálculo de la catenaria se realiza mediante la siguiente fórmula:

C = To/Wc (29)

Dónde:

37 http://www.elconstructorcivil.com/2011/02/tipos-de-pilotes-y-su-capacidad-de.html 38 http://dc406.4shared.com/doc/6oBBlp-X/preview.html




- 37 -

C = Parámetro de catenaria en m.

To = Tiro en cualquier punto del conductor (kg)

Wc = Peso unitario del conductor (kg/m)

2.9.2 Longitud del conductor

La longitud del conductor se puede calcular mediante la siguiente formula:

L = 2 ∗ C ∗ senh(a ∗ 2C) (30)

Dónde:

L = Longitud del conductor (m)

C= Parámetro de la catenaria (m)

a = Vano (m)

Senh = Seno hiperbólico

2.9.3 Flecha

En líneas de transmisión eléctrica el parámetro flecha hace referencia a la máxima distancia vertical que existe entre el

conductor y el segmento que une los extremos del mismo tal como se puede apreciar en la siguiente figura.

Fig. 33 Flecha del conductor39

La fórmula utilizada para el cálculo de la flecha es la siguiente:

f = a2/8𝐶 (31)

Dónde:

39 http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_electrica_y_electronica/conductoreselectricos/default3.asp




- 38 -

a = Longitud del vano (m)

C = Parámetro de la catenaria (m)

2.9.4 Tiro del conductor

El valor de tensión al cual está sometido cualquier punto del conductor se denomina tiro y se expresa en kg. Al conocer el

valor del tiro ya sea en cualquier parte de conductor o en sus extremos se podrá saber la tensión longitudinal máxima a la cual

se verá sometidos los soportes.

Tx = To ∗ cosh (X

C) (32)

Tv = (Wc ∗ L)/2 (33)

Dónde:

To = Tiro en cualquier punto del conductor (kg)

Tx = Tiro en el punto de la abscisa X

Tv = Tiro vertical

X = Abscisa

C = Parámetro de la catenaria (m)

Cosh = Coseno hiperbólico




- 39 -

III. DISEÑO ASISTIDO POR SOFTWARE DLT-CAD

3.1 IMPLEMENTACIÓN DE CONFIGURACIONES NECESARIAS

PARA EL DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN EL

SOFTWARE DLT-CAD

Se ha elegido el software DLT-CAD como herramienta de diseño para la línea de transmisión eléctrica ya que este

permitirá obtener datos acertados de manera inmediata y tener la posibilidad de simular los efectos que tendría en el

conductor si las torres serian de mayor o menor altura, o si los vanos fueran de mayor o menor distancia. Para ello a

continuación se explica procedimiento a seguir para ingresar los datos necesarios y las respectivas configuraciones que se

debe realizar en el software para la obtención del diseño de la línea de transmisión.

3.1.1 Puntos georefenciados

Lo primero que solicita el software es el ingreso de las coordenadas georeferenciadas obtenidas con la ayuda de un equipo

GPS. Para el presente diseño las coordenadas a utilizar se han obtenido del proyecto “Línea de Transmisión Cuenca-Loja a

138 kV y montaje del segundo circuito” el cual está disponible y se extrajo de la página web de Transelectric.

Las coordenadas están en un formato en el cual disponemos de ESTE, NORTE, ALTURA para lo cual se debe generar un

archivo con extensión “*.utm” con la ayuda del “Bloc de Notas” como se puede apreciar en la siguiente imagen.

Fig. 34 Coordenadas UTM40

40 http://www.transelectric.com.ec/transelectric_portal/files/03%20descripcion%20del%20proyecto_lt%20cuenca-loja.pdf




- 40 -

Para cargar las coordenadas al software debe dar un clic en el botón de abrir y seleccionar el archivo *.utm generado e

inmediatamente aparecerá una ventana igual a la que se muestra en la siguiente imagen.

Fig. 35 Datos topográficos coordenadas UTM

Donde solo damos clic en continuar y los puntos cargados aparecerán en la pantalla tal como se puede apreciar en la

siguiente figura para proceder a trazar la ruta de línea con la ayuda de “Editar Perfil TPG” opción “Trazar Ruta de LT”

ubicado en la barra de herramientas, obteniendo un resultado tal como se muestra en la figura 37.

Fig. 36 Puntos GPS




- 41 -

Fig. 37 Ruta de línea

Una vez trazada la ruta de línea se procede a generar el perfil topográfico en el presente caso corresponde al tramo 3 el

cual inicia en el cantón Saraguro (izquierda) hasta la subestación Loja ubicada en la parroquia Sucre en la provincia de Loja

(derecha).

Para generar el perfil antes mencionado se debe utilizar la opción “Editar Perfil TPG” opción “Calcular Perfil TPG” ubicado

en la barra de herramientas y el resultado será el que se la figura siguiente.

Fig. 38 Perfil Topográfico

3.1.2 Configuraciones generales del software

Con el perfil topográfico listo se procede a configurar los datos básicos del diseño como nivel de tensión, potencia, tipo de

terna y demás datos solicitados en cada una de las pestañas de la configuración general del software DLT-CAD el cual se

encuentra ubicado en la barra de herramientas del software. Los parámetros más relevantes que se deben configurar se

presentan a continuación y seguido de ello con la figura correspondiente donde se muestra la interfaz que presenta DLT-CAD

para el ingreso de estos datos:

Nivel de tensión: 230kV (Nivel de tensión nominal)

Potencia nominal: 99.5MVA (Potencia máxima de transmisión)

Frecuencia de la red: 60Hz (Frecuencia de la red, 60Hz Latinoamérica)

Distancia mínima a terreno: 8m (Calculada anteriormente)

Distancia mínima lateral: 6m (Calculada anteriormente)




- 42 -

Conductores de fase: 3F doble terna (Diseño de doble circuito trifásico)

Conductor de guarda: 1 cable de guarda (Conductor de protección)

Conductor de neutro: Sin neutro corrido

Conductor secundario: Sin conductor

N° Conductores por fase: Simplex 1Cond. (Un conductor por cada fase)

Los demás parámetros son considerados en base al manual de DLTCAD.

Fig. 39 Configuraciones Generales, Diseño

Vano mínimo: 100m (Distancia mínima entre soportes)

Vano máximo: 800m (Distancia máxima entre soportes)

Distancia entre anclajes: 2000m (Distancia recomendada para armados de retención o anclajes)

Fig. 40 Configuraciones Generales, Consideraciones




- 43 -

La figura siguiente muestra las opciones que tiene el diseñador para seleccionar que datos desea que se le vaya mostrando

paso a paso mientras se va ordenando las torres en el software.

Fig. 41 Configuraciones Generales, Gráfico

K de presión de viento: 0.00482 (Valor recomendado por el manual de DLTCAD para 3000msnm)

K de presión de hielo: 0.00290 (Valor recomendado por el manual de DLTCAD para 3000msnm)

Peso operario: 100kg (Recomendado cuando no se consideran cargas adicionales)

Peso adicional: 10kg (Recomendado cuando no se consideran cargas adicionales)

Distancia entre conductores: Factor de espaciamiento adicional del 20% al determinado 6m.

Coef. Aerodinámico aislador: 1.25 (Recomendado para cadenas de aisladores)

Peso del contrapeso: 25kg (Recomendado para cadenas de aisladores)

Peso de polea: 15kg (Recomendado para cadenas de aisladores)

Peso de cadena: 134kg (Obtenido del peso unitario del aislador por el número de aisladores calculados)

Longitud de cadena: 3.14m (Calculado con anterioridad)




- 44 -

Fig. 42 Configuraciones Generales, Cálculos Varios

Configuraciones de planimetría como escalas, anchos de márgenes, entre otras.

Fig. 43 Configuraciones Generales, Planos de Perfil

Temperatura mínima: -10°C (Recomendada por el manual de DLTCAD para 3000msnm)

Temperatura media: 20°C (Obtenida del Atlas solar del CONELEC)

Temperatura máxima: 30°C (Obtenida del Atlas solar del CONELEC)




- 45 -

Viento máximo: 60km/h (Recomendada por el manual de DLTCAD para 3000msnm)

Espesor de hielo Max. 3mm (Recomendada por el manual de DLTCAD para 3000msnm)

Fig. 44 Configuraciones Generales, Condiciones Ambientales

Datos informativos del diseño.

Fig. 45 Configuraciones Generales, Proyecto




- 46 -

3.1.3 Conductores

El software permite seleccionar el tipo de conductor que se desea utilizar en el diseño y para ello se debe seleccionar la

opción “Base de Datos” ubicado opción “BD Conductores” apareciendo una interfaz que permite buscar el conductor

requerido y verificar que exista en la base de datos del software. En la siguiente imagen se puede apreciar la ventana que

aparecerá al dar clic en la opción antes mencionada y los datos que aparecerán al escoger el conductor DRAKE que es el

conductor con el cual se realizara el diseño de línea y los cuales se detallan a continuación.

Nombre: DRAKE

Tipo: ACSR

Sección: 468mm2

Diámetro exterior: 21.14mm

No. de hilos: 33

Hilos de acero: 7

Hilos de aluminio: 6

Peso unitario: 1.597kg/m

Tiro de rotura: 14011.87kg

Fig. 46Tabla de Datos de Conductores




- 47 -

3.1.4 Hilo de guarda

El cual se lo encuentra en la misma base de datos de conductores antes explicada. A continuación se detalla las

características principales del cable y seguido la forma en la que se visualizara la interfaz gráfica.

Nombre: OPGW-10

Tipo: Otros

Sección: 98.26mm2

Diámetro exterior: 13.40mm

No. de hilos: 24

Peso unitario: 0.535kg/m

Tiro de rotura: 8354kg

Fig. 47 Tabla de Datos de Conductores Cable OPGW-10

3.1.5 Aisladores

Para realizar las configuraciones de los aisladores se debe utilizar “Base de datos” opción a “BD Aisladores” ubicado en la

barra de herramientas del software. En donde se debe configurar las cadenas de aisladores de acuerdo a las siguientes

características:

Nombre: NIEBLA (HOR para retención y VER para suspensión)

Tipo de material: Porcelana

Tipo de aislador: Rígido (Horizontal para retención y vertical para suspensión)

Longitud conjunto: 2.902m para suspensión y 3.104m para retención

Ángulo de inclinación: 20° (Recomendado por el manual de DLTCAD para aisladores de porcelana)




- 48 -

No. de unidades: 19 para suspensión 20 para retención

Peso conjunto: 142.3kg para suspensión y 149kg para retención

Diámetro de unidad: 280mm (Referirse a la hoja de datos del fabricante)

Longitud de fuga: 445mm (Referirse a la hoja de datos del fabricante)

Fig. 48 Tabla de Datos de Conductores

3.1.6 Soportes

Los soportes a utilizar para el diseño son torres de celosía como ya se había mencionado con anterioridad, las cuales

poseen alturas, pesos y características propias y deben ser añadidas a la base de datos del software con la ayuda de “Base de

Datos” opción “BD Soportes” como se muestra en la siguiente imagen y para el presente caso se ha optado por utilizar torres

de 47m detalles que se presentan a continuación y deben ser ingresados a la base de datos del software.

Altura total: 47m

Lado recto de la cabeza: 2m

Lado recto de la base: 7.69m

Peso: 9400kg

Carga de rotura: 3500kg

Detalles constructivos referirse al anexo J.




- 49 -

Fig. 49 Tabla de Datos de Conductores

3.1.7 Armados

Debido a las irregularidades del terreno las estructuras o armados que se montaran en cada torre serán de suspensión o

tangente, suspensión reforzada, anclaje o retención y anclaje terminal para el ingreso de los armados se hace mediante “Base

de Datos” opción “BD Armados” que se encuentra en la barra de herramientas.

3.1.7.1 Suspensión o tangente

En este tipo de armado las fuerzas o tensiones longitudinales son mínimas ya que se utilizan en tramos rectos de la línea

siendo su fin primordial el soportar el peso de los conductores, herrajes y aisladores y los vientos transversales que se den en

la zona que se encuentren ubicados, en otras palabras son armados de paso.

Función típica: Pasante

Ubicación típica: Alineamiento

Terna 1 y terna 2: Se disponen las coordenadas rectangulares de acuerdo a las distancias entre fases en metros, ubicando el

origen en la intersección del eje X y Y.




- 50 -

Fig.50 Armado de Tipo Suspensión DLT-CAD

Cable de guarda: X y Y coordenadas rectangulares respecto al origen.

Fig. 51 Otros Conductores Armado de Suspensión

Terna 1: NIEBLA VER (Cadena de aisladores para este tipo de armado)

Terna 2: NIEBLA VER (Cadena de aisladores para este tipo de armado)

Fig. 52 Accesorios Armado de Suspensión

Vano viento: 200m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)

Vano peso: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)

Vano adelante típico: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)




- 51 -

Ang. mínimo de línea: 0° (Ángulo mínimo dispuesto para este tipo de armado)

Ang. mánimo de línea: 5° (Ángulo máximo dispuesto para este tipo de armado)

Oscilacion de cadena: 60° (Máximo valor de oscilacion de la cadena de aislamiento)

Fig. 53 Prestaciones Armado de Suspensión

3.1.7.2 Suspensión reforzada o tangente reforzada

El armado de suspensión reforzada es utilizado en tramos donde el ángulo de inclinación no es muy significativo y las

fuerzas longitudinales son mínimas siendo este tipo de solo para soportar el peso de los herrajes, aisladores y conductores.

Función típica: Pasante

Ubicación típica: Angular



Fig. 54 Armado Suspensión Reforzada DLT-CAD







- 52 -

Ang. mínimo de línea: -20° (Ángulo mínimo dispuesto para este tipo de armado)


Oscilacion de cadena: 60° (Máximo valor de oscilacion de la cadena de aislamiento)

Fig. 55 Prestaciones Suspensión Reforzada

Las configuraciones de hilo de guarda y aisladores para este armado son las mismas que en armado de suspensión.

3.1.7.3 Anclaje o retención

Al igual que los dos armados anteriores este tipo de armado también soportan los herrajes, aisladores y conductores pero a

más de ello aquí existen cargas transversales producidas por los cables que llegan y salen de la torre y por ende es donde la

línea tiene un cambio de dirección. Los tipos de torres de anclaje son mucho más robustas que las torres en donde van los

armados de suspensión.

Función típica: Anclaje

Ubicación típica: Angular



Fig. 56 Armado de Retención DLT-CAD




- 53 -

Terna 1: NIEBLA HOR (Cadena de aisladores para este tipo de armado)

Terna 2: NIEBLA HOR (Cadena de aisladores para este tipo de armado)

Fig. 57 Accesorios Armado de Retención






Fig. 58 Prestaciones Armados de Retención

3.1.7.4 Anclaje terminal o retención terminal

Este tipo de armado se coloca al inicio y al final de la línea y soportan cargas o tensiones longitudinales muy grandes por

lo que las torres donde van estos armados son las más robustas de toda la línea.

Función típica: Anclaje

Ubicación típica: Terminal






- 54 -

Fig. 59 Armado de Retención Terminal DLT-CAD






Fig. 60 Prestaciones Armado Anclaje Terminal DLT-CAD

Las configuraciones de hilo de guarda y aisladores para este armado son las mismas que del armado de retención.

3.2 CORRECCIONES DEL DISEÑO

Después de haber culminado ya todas las configuraciones en el software DLT-CAD resta generar el diseño, es decir hacer

visible y manipulable las torres, conductores y demás accesorios para poder así corregir el mismo ya sea incrementando la

distancia entre vanos, altura y características de cada torre de acuerdo al lugar donde se encuentre situado, lo cual se explica a

continuación.




- 55 -

3.2.1 Distribución automática

El software presenta una opción en su barra de herramientas la cual es “Distribución” y después “Distribución

Automática” que se puede apreciar en la siguiente imagen.

Fig. 61 Opción Distribución Automática

Al momento de hacer un clic sobre esta opción el software distribuirá las torres y realizara un tendido del conductor en

todo el trayecto del perfil basado en las características que previamente se configuró en el software como tipo de torres,

conductores, aisladores, etc. obtenido un resultado parecido al de la siguiente imagen.

Fig. 62 Diseño previo DLT-CAD

Como se puede apreciar en la imagen anterior al utilizar esta opción del software genera un diseño, pero en cual existen

muchos errores tales como la flecha de color rojo o el símbolo parecido a un rayo que se encuentra ubicado al lado izquierdo

en la figura 48 en donde se indica que el conductor sufriría una rotura del mismo debido a que el vano es demasiado extenso

entre las torres implicadas. Por ello se deben corregir estos errores de forma manual.

3.2.2 Editar torres

3.2.2.1 Desplazamiento de torres

Para poder desplazar una torre incrementando o disminuyendo la distancia de un vano en el software DLT-CAD, se debe

realizar un acercamiento al diseño y dar un clic derecho de nuestro mouse en cualquier parte de la área de diseño del software




- 56 -

y se desplegara así el menú de diseño y dentro el seleccionar la opción “Mover con Mouse” y seguido la opción “Arrastra

Soporte” lo cual habilitara al mouse para poder mover cada torre.

Una vez se tenga seleccionado la opción “Arrastra Soporte” se debe situar el puntero del mouse sobre la torre que se

desee mover y dar un clic izquierdo y mantenerlo así mientras se desplaza el mouse en la dirección deseada y dejar de

presionar cuando la torre seleccionada se encuentre en la posición requerida para el diseño. En la siguiente imagen se puede

apreciar la opción “Arrastra Soporte”.

Fig. 63 Opción Arrastra Soporte DLT-CAD

3.2.2.2 Características de las torres

Para modificar las características propias de cada torre el software permite hacerlo desde la opción que existe en el menú

de diseño el cual se despliega al hacer un clic derecho en el área de diseño del software y escoger la opción “Editar” y luego

la opción “Edit Estructura” tal como se muestra en la siguiente imagen.

Fig. 64 Opción Edit Estructura DLT-CAD




- 57 -

Al hacer clic en la opción antes mencionada el puntero del mouse cambiara de forma a una parecida como torre, señal de

que se ha activado la propiedad para modificar las caracterísitcas de las mismas, lo cual se hace situado el puntero sobre la

torre deseada y dar un clic izquierdo desplegando así la ventana de características en donde se puede modificar la altura, tipo

de soporte, tipo de estructura, puestas a tierra, tipo de cimentación, retenciones, etc. tal como se muetra en las siguientes

imágenes.

Fig. 65 Modificación de altura

Fig. 66 Modificación Tipo de Soporte




- 58 -

Fig. 67 Modificación Tipo Estructura

3.2.2.3 Eliminar e Insertar Estructuras

Para poder eliminar o insertar una estructura se debe recurrir al menú de diseño que se generan a partir de dar un clic

derecho del mouse en cualquier parte del área de diseño y seleccionar ya sea la opción “Insertar estructura” o “Eliminar

estructura” dependiendo de la necesidad que se tenga.

Si se escoge la opción “Insertar Estructura” la forma de agregar una nueva será con solo situar el puntero del mouse en

medio del vano donde se requiera una estructura adicional y dar un clic izquierdo e inmediatamente aparecerá una nueva

estructura y si la opción escogida fuese la de “Eliminar Estructura” la forma de eliminar una de ellas bastara con solo situar el

puntero del mouse sobre la torre o estructura que este demás y dar un clic izquierdo y dicha estructura desaparecerá. En la

siguiente imagen se aprecia la ubicación de las dos opciones explicadas.

Fig. 68 Eliminar e Insertar Estructura




- 59 -

3.2.3 Amortiguadores

Para agregar los amortiguadores al diseño se realizara con la ayuda de la opción “Herramientas” y luego en “Distribuye

Amortiguadores” tal como se puede observar en la siguiente imagen.

Fig. 69 Distribuye Amortiguadores

3.2.4 Puestas a Tierra

Para agregar las puestas a tierra en el diseño se debe utilizar de la opción “Herramientas” y luego a la opción “Distribuir

Puestas a Tierra (PAT)” la cual se encuentra ubicada en la parte superior tal como se observar en la siguiente imagen.

Fig. 70 Distribuir Puestas a Tierra (PAT)

Al hacer un clic en esta opción aparecerá una ventana en donde se configurara las condiciones de las puestas a tierra tales

como en que torre se desea que inicie la distribución, el tipo de puesta a tierra y los intervalos es decir cada cuantas torres ira




- 60 -

otra puesta a tierra o la opción de colocarlas en todas las estructuras como es el caso del presente diseño que tiene puestas a

tierra en todas las torres. En la siguiente imagen se aprecia la ventana de configuración de las puestas a tierra.

Fig.71 Tabla de Distribución de Puestas a Tierra

3.2.5 Diseño final en DLT-CAD

Una vez concluidas las correcciones respectivas en todo el trayecto del diseño de línea de transmisión, se tendrá como

resultado el diseño final del cual se extraerán los reportes que genera el software en donde se encuentra toda la información

del diseño. En la siguiente imagen se aprecia una parte del diseño final de la línea de transmisión Cuenca-Loja tramo 3.

Fig. 72 Diseño Final




- 61 -

IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Una vez finalizado el diseño de la línea de transmisión se procederá a la generación de reportes desde el software DLT-

CAD, los cuales consisten en hojas de materiales, planos y demás anexos y conjuntamente con los cálculos realizados

anteriormente y el propio diseño a continuación se realizara un análisis de los resultados obtenidos.

4.1 TENSION DE ROTURA DEL CONDUCTOR

El esfuerzo mecánico máximo del conductor en el diseño de la línea referido es los reportes generados del software es de

29237N que equivale a 2380 kgf, por lo que al comparar con la resistencia a la ruptura del conductor Drake que según la hoja

de datos del mismo es de 14290kgf soportando así los esfuerzos propios del trazado de la línea, lo cual indica que el

conductor está trabajando a un 16.65% de su capacidad antes de la tensión de ruptura del mismo. Según la norma Cubana 94-

02 las tensiones máximas admisibles con respecto a la tensión de ruptura se muestran en la siguiente tabla:

TABLA XIII

TENSIÓN ADMISIBLE MÁXIMA A LA ROTURA

TIPO DE CONDUCTOR

Tensión admisible a carga máxima

(% de la Tensión de rotura)

Tensión admisible a temperatura media sin viento

(% de la Tensión de rotura)

Aluminio, aleaciones de aluminio y acero aluminio con secciones de:

Hasta 95 mm2

40

30

120 mm2 y mayores 45 30

Cobre y acero de todas las secciones

50

35

Por referencia de la tabla anterior se evidencia que el conductor está dentro del rango de carga máxima admitida por la

norma Cubana 94-02.

4.2 TENSION DE ROTURA DEL AISLADOR

De la misma manera de los reportes de DLT-CAD se tiene que el esfuerzo mecánico máximo al cual está expuesta la línea

es de 29,237 kN que al compararse con el dato de tabla del aislador de resistencia de ruptura del aislador que es de 120 kN, lo

cual indica como resultado que el aislador empleado soporta los requerimientos mecánicos de la línea. En la publicación de la

norma Cubana 94-02 se muestra dichos factores a considerar:




- 62 -

TABLA XIV

FACTOR DE SEGURIDAD MECÁNICA EN AISLADORES

ELEMENTO

Con carga externa máxima

A temperatura media, sin carga externa

En régimen de avería

Herrajes en cadenas de aislamiento

2 2.5 2.7

Aisladores de alfiler y pedestal

2 2.5 1.3

Aisladores tipo disco y aisladores de bola para neutros

2.5

3

1.8

Aisladores de bola en tensores - 2.5 1.7

La condición de avería es la que menciona al factor de seguridad mayor, en este caso la resistencia del aislador tiene la

capacidad suficiente de soportar esta exigencia mecánica.

4.3 EFICIENCIA DE LA LÍNEA

Ya que en el presente diseño se utiliza el conductor Drake el cual está sobredimensionado con respecto a los cálculos de

corriente y caída de tensión realizados anteriormente y en donde la razón del sobredimensionamiento radica en que para

líneas de trasmisión se recomienda el uso de conductores de sección superior ya que debe soportar los esfuerzos mecánicos

que se dan con la existencia de vanos muy extensos siendo esta y el efecto capacitivo que existe en líneas de gran distancia lo

cual en los cálculos eléctricos dio a conocer que la presente línea de transmisión tiene una eficiencia de 99,10%.

4.4 DISTANCIA DE SEGURIDAD VERTICAL

La distancia de seguridad vertical se considera desde el punto más bajo de la catenaria que dibuja el conductor en cada

vano hasta el punto más alto del terreno de las distintitas coordenadas del perfil topográfico, por ello efectuando el cálculo

respectivo se obtuvo un resultado de 7,11m, por lo tanto en el diseño se consideró la distancia de 8 m para la distancia de

seguridad. En la siguiente imagen se aprecia de mejor manera lo antes explicado.

Fig. 73 Distancia de Seguridad Vertical




- 63 -

En la imagen se puede observar un corte del total de la línea de trasmisión en donde la flecha de color azul apunta a la

línea del perfil topográfico y otra flecha de color rojo que apunta a la línea entrecortada representado esta ultima el nivel

mínimo hasta el que puede pandearse la catenaria del conductor en cada vano. Significando el espacio comprendido entre las

dos líneas antes mencionadas la distancia de seguridad vertical que existe en todo el trayecto de la línea de transmisión.

4.5 TOTAL DE TORRES POR EL TIPO DE ARMADO

En la siguiente tabla extraída del reporte de resumen de materiales de DLT-CAD se puede apreciar el detalle de las

cantidades de torres clasificadas de acuerdo al armado que va en cada una de ellas, en donde se puede apreciar que el armado

que más se ha utilizado es el de retención debido a que ello posibilita conseguir vanos de mayor distancia.

TABLA XV

TORRES POR EL TIPO DE ARMADO

ESTRUCTURAS

Descripción Cantidad

RETENCION 68

SUSPENSION 52

SUSPENSION REF 17

RETENCION TER 1

TOTAL : 138

Lo cual indica que se requiere de 138 torres de 47m de altura para lo que comprende el tramo 3 del diseño de línea.

4.6 TOTAL DE AISLADORES POR EL TIPO DE ARMADO

Una vez conocido las cantidades de torres por el tipo de armados se puede también determinar la cantidad de aisladores

requeridos para el diseño de línea de transmisión lo cual se seria de la siguiente manera.

TABLA XVI

AISLADORES POR TIPO DE ARMADO

AISLADORES

Descripción Cantidad

RETENCION 8160

SUSPENSION 5928

SUSPENSION REF 1938

RETENCION TER 120

TOTAL : 16146

Lo cual indica que se requiere de 16146 aisladores tipo NIEBLA para lo que comprende el tramo 3 del diseño de línea.




- 64 -

4.7 VANO PROMEDIO

En el diseño de la línea de transmisión se puede apreciar que existen vanos de 300, 350,400m por lo que para tener un dato

referencial del vano promedio que se mantiene a lo largo de la línea de transmisión nos ayudaremos del reporte de ubicación

de estructuras generado desde el software DLT-CAD.

El vano promedio que se mantiene a lo largo de la línea es de 394 m, lo cual indica que se requerirán menor cantidad de

soportes, menor cantidad de estructuras entre otras.

4.8 SOPORTES

A lo largo del recorrido del diseño de la línea de transmisión se han utilizado torres de 47 m de altura debido a que

cumplen con las resistencias a la tracción del conductor, y también por las características propias del terreno, para mayor

detalle de la torre empleada en su forma constructiva revisar el anexo J.

4.9 CONDUCTORES

De acuerdo a los resultados obtenidos de los reportes del software DLT-CAD se puede conocer en su totalidad la cantidad

del conductor requerido para el presente diseño tanto de las ternas que es el conductor DRAKE, como del hilo de guarda que

es tipo OPGW-10, a continuación se detallas las cantidades.

TABLA XVII

TORRES POR EL TIPO DE ARMADO

CONDUCTORES

Descripción Cantidad(m)

DRAKE 325.785.930

OPGW-10 54.175.344

TOTAL : 379961,27

Significando este un indicador muy útil ya que conoce las cantidades exactas de cada tipo de conductor pero cabe recalcar

que estas cantidades solo comprenden al tramo 3 del diseño de línea.




- 65 -

CONCLUSIONES

Al realizar el diseño de la línea de transmisión Cuenca- Loja en su tercer tramo a un nivel

de tensión nominal de 230 kV a doble terna se aporta con un modelo a seguir para futuros

diseños de transmisión de energía electica que se pretendan realizar en el país, y del cual se

concluye lo siguiente:

Al utilizar el conductor Drake por motivos de que este soporta mayores esfuerzos

mecánicos, la línea de transmisión se sobredimensiono por ello se obtuvo una eficiencia del

99.10% y la obtención de vanos de hasta 400m de distancia.

Los aisladores utilizados en las cadenas tanto de suspensión como de retención son de

porcelana tipo niebla en todo el tendido de la línea de transmisión consiguiendo con ello tener

un elevado nivel de confiabilidad de que los aisladores soportaran los esfuerzos mecánicos a

los cuales se vea sometido por el conductor y las condiciones climáticas propias de cada zona.

Luego de la investigación realizada se puede afirmar que para cada torre el tipo de

cimentación varia debido a que no todos los suelos presentan las mismas condiciones, y es por

ello que no se puede dar un tipo en específico de cimentación a utilizarse para el presente

diseño de línea de transmisión.

Las puestas a tierra deben tener como máximo una resistencia de 10 ohmios como ya se

había explicado con anterioridad, razón por la cual que la puesta a tierra que se seleccione

para cada torre debe garantizar dicho nivel, significando así evitar posibles accidentes en

donde existan pérdidas materiales o peor aún pérdidas humanas y al mismo tiempo conseguir

un nivel alto de operación de la línea sin salidas de servicio por descargas atmosféricas.

Las torres utilizadas en el diseño tienen una altura de 47m en todo el tendido de la línea lo

cual aporto de manera significativa para lograr vanos de mayor distancia, y a más de ello

garantizar que la distancia de seguridad mínima.




- 66 -

RECOMENDACIONES

Si bien con el conductor Drake tipo ACSR se consiguieron vanos aceptables de un

promedio de 400m de longitud estos se pueden mejorar y alcanzar distancia mayores al

utilizar un conductor más liviano como lo son de tipo ACAR los cuales también se usan para

transmisión de energía eléctrica.

De la misma manera para el cálculo del aislador se recomienda hacer un estudio sobre las

características de contaminación, densidad de humedad, nivel isoceráunico, para que a través

de ello se pueda elegir el aislador adecuado para cada tipo de zona por la que cruce la línea de

transmisión eléctrica.

Para lo que comprende a cimentaciones y puestas a tierra de las torres no es posible

afirmar o dar un estándar único de tipo de cimentación o puesta a tierra ya que no todos los

terrenos poseen las mismas características, por ello tanto el estudio de suelos para

cimentaciones como para puestas a tierra se recomienda realizar de forma paralela

optimizando así tiempos y poder obtener los resultados necesarios de manera óptima y definir

así la manera más adecuada de realizar tanto las cimentaciones como las puestas a tierra y de

ser necesario para las puestas a tierra realizar un mejoramiento de las condiciones de

resistividad con aditamentos adecuados para ello y garantizar de esa manera un plantado

confiable y una puesta a tierra que garantice como máximo una resistencia de 10 Ohmios

como dice la norma ANSI-IEEE Standard 142-1991 y ANSI-IEEE-80.

La distancia de seguridad garantiza en un buen margen la seguridad de las personas, pero

para evitar posibles accidentes se recomienda realizar un análisis de la trayectoria que tendrá

la línea para que en lo posible se evite pasar por zonas pobladas.

Las elementos de la línea de transmisión requieren de un mantenimiento preventivo el

cual garantice su funcionalidad de manera óptima, por ello se recomienda realizar una

limpieza de aisladores, una revisión de la tracción de los pernos, verificación del galvanizado

de la torre, entre otros. La constancia con la que se deba realizar los mantenimientos a las

torres y demás elementos de la línea lo determinara el tipo de zona en la que esté ubicada la

torre, es decir nivel de contaminación, polución, etc.




- 67 -

Al momento de realizar un proyecto en el software DLT-CAD se recomienda seguir los

pasos en el orden que se indica en el presente trabajo de investigación para garantizar que los

resultados que se obtengan sean los deseados.




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ANEXOS

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