FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESTUDIO DEFINITIVO DE LA LINEA DE TRANSMISION 138 kV
CARHUAQUERO-JAEN
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTADO POR:
ALEX CHRISTIAN VIZCARRA MUCHA
PROMOCIÓN
2003 -1
El presente informe titulado "Estudio Definitivo de la Línea de Transmisión 138 kV Carhuaquero - Jaén" forma parte del proyecto "Línea de Transmisión 138 kV, Subestaciones y Sistema de Telecomunicaciones" que actualmente esta en etapa de construcción.
El presente informe explica y detalla los criterios de diseño a ser considerados en el desarrollo de la Ingeniería Definitiva de la Línea de Transmisión, posteriormente se desarrolla la memoria de calculo en base a los criterios de diseño establecidos aplicando las normas nacionales e internacionales vigentes y a la vez considerando las premisas de la Ingeniería Básica, el Certificado de Inexistencia de Restos Arqueológicos y El Estudio de Impacto Ambiental con la que cuenta el proyecto.
INTRODUCCION CAPITULO!
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO DEFINITIVO DE LA LINEA DE TRANSMISION
1.1 Antecedentes al Estudio Definitivo. 1.1.1 Entidad Ejecutora.
1.1.2 Alcances del Proyecto.
1.1.3 Estudio de Mercado Eléctrico.
1.1.4 Selección de la Configuración del Sistema Eléctrico. 1.1.5 Contrato y Fuente de Financiamiento.
1.2 Premisas al Estudio Definitivo. 1.2.1 Trazo de Ruta.
1.2.2 Configuración del Sistema. 1.2.3 Indicadores Económicos.
1.2.4 Estudios para la Interconexión del Sistema Eléctrico Bagua-Jaén con El Sistema Eléctrico Interconectado Nacional.
CAPITULO II
CONDICIONES GENERALES 2.1 Ubicación del Proyecto. 2.2 Condiciones Ambientales. 2.3 Códigos y Normas.
CAPITULO 111
CRITERIOS DE DISEÑO 3.1 Trazo de Ruta. 3 .1.1 Aspectos Generales. 3 .1.2 Aspectos Particulares.
3.2 Criterios de Diseño Eléctrico.
1
3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5
5
6 6 6 7
3.2.1 Capacidad de Corriente de los Conductores. 3.2.2 Parámetros de la Línea de Transmisión. 3.2.3 Distancias de Seguridad.
3.2.4 Aislamiento y Distancia entre Conductores y Estructuras. 3.2.5 Determinación de la Resistencia de Puesta a Tierra. 3.3 Criterios de Diseño Mecánico.
3.3.1 Cargas de Viento y Factores de Seguridad. 3.3.2 Calculo Mecánico de Conductores.
3.3.3 Calculo Mecánico de Estructuras.
3.3.4 Calculo de Cimentaciones. CAPITULO IV
DESARROLLO DE LA MEMORIA DE CÁLCULO 4.1 Trazo de Ruta.
4.2 Memoria de Cálculo - Diseño Eléctrico. 4.2.1 Capacidad de Corriente de los Conductores. 4.2.2 Parámetros de la Línea de Transmisión. 4.2.3 Distancias de Seguridad.
4.2.4 Aislamiento y Distancia entre Conductores y Estructuras. 4.2.5 Determinación de la Resistencia de Puesta a Tierra. 4.3 Memoria de Cálculo - Diseño Mecánico.
4.3.1 Calculo Mecánico de Conductores. 4.3.2 Calculo Mecánico de Estructuras. 4.3.3 Distribución de Estructuras.
4.4 Memoria de Cálculo - Fundaciones. 4.4.1 Estudio de Geología y Geotecnia. 4.4.2 Cimentaciones -Parrillas Metálicas. 4.4.3 Cimentaciones - Stubs
CAPITULO V
RESUMEN FINAL DEL ESTUDIO DEFINITIVO DE LA LINEA DE TRANSMISION
5.1 Resumen del Expediente Técnico. 5 .1.1 Ubicación.
5.1.2 Condiciones Ambientales.
5.1.3 Características Principales de la Línea de Transmisión. 5.1.4 Trazo de Ruta de la Línea de Transmisión.
5.1.5 Distancias de Seguridad.
5.1.6 Hipótesis para el Calculo Mecánico del Conductor. 5.1.7 Estructuras Metálicas.
5.1.8 Resumen de la Planilla de Estructuras.
5.1.9 Sistema de Puesta a Tierra.
5 .1.1 O Cimentaciones.
5.2 Resumen del Expediente Económico. 5.2.1 Presupuesto-Suministro.
5.2.2 Presupuesto-Transporte, Montaje y Puesta en Servicio. 5.2.3 Presupuesto Total de la Línea de Transmisión.
5.3 Plazo de Ejecución de Obra y Cronograma de Ejecución de Obra.
CONCLUSIONES ANEXOS
BIBLIOGRAFIA
35 36 36 37 38 40 40 41 41 41 41 43 43
Con la finalidad de interconectar el Sistema Eléctrico Bagua-Jaén, localizado en los departamentos de Cajamarca y Amazonas el cual no cuenta con reservas mayores, al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional, y de esta manera reforzar el Sistema Bagua Jaén, el Ministerio de Energía y Minas a través de la Dirección General de Electrificación Rural esta ejecutando el proyecto "Línea de Transmisión 138 kV Carhuaquero-Jaén, Subestaciones y Sistema de Telecomunicaciones", el cual se prevé que entrará en servicio para Setiembre del 2008.
El Proyecto original cuenta con un estudio de Ingeniería Básica, Certificado de Inexistencia de Restos Arqueológicos y Estudio de Impacto Ambiental.
El presente informe se encargará del desarrollo de la Ingeniería Definitiva de la Línea de Transmisión, la cual a su vez será la base para el desarrollo de la Ingeniería de Detalle. El desarrollo de la Ingeniería Definitiva se iniciará con las premisas a ser consideradas de acuerdo a los antecedentes del proyecto, luego se definirá y explicará los criterios de diseño a ser aplicados en el desarrollo de la Ingeniería considerando las normas nacionales e internacionales vigentes.
Se resumirá los procedimientos para la memoria de cálculo aplicando los criterios de diseño y finalmente se mostrarán en forma resumida las principales características técnicas y económicas del Estudio Definitivo de la Línea de Transmisión.
En el Capitulo I se describe cuales son los antecedentes de proyecto y en base a estos se consideran las premisas para el inicio del desarrollo del Estudio Definitivo de la Línea de Transmisión.
El capitulo III describe cuales serán los criterios de diseño, de acuerdo a la ubicación y características de zopa del proyecto, los cuales serán la base para el desarrollo de la memoria de calculo.
Los criterios de diseño se pueden agrupar en tres partes muy bien definidas y diferenciadas; estas son:
Criterios para la selección del Trazo de Ruta de la Línea de Transmisión, criterios para el diseño eléctrico y criterios para el diseño mecánico.
En el Capitulo IV se desarrolla el cálculo matemático del Estudio Definitivo bajo las premisas definidas en los criterios de diseño.
Como resultado del cálculo matemático se pueden definir o corroborar las principales características técnicas de los distintos componentes de la Línea de Transmisión.
En el Capitulo V se describe el resumen del Estudio Definitivo, en el que se describen las principales características del proyecto, como resultado de la Ubicación Geográfica del Proyecto, Desarrollo y aplicación de los criterios de diseño establecidos para la Línea de Transmisión.
Así también se muestra el resultado económico disgregado en sus principales componentes como son: Suministro, Transporte, Montaje Electromecánico, Pruebas y Puesta en Servicio de la Línea de Transmisión.
TRANSMISION
1.1 Antecedentes al Estudio Definitivo.
1.1.1 Entidad Ejecutora.
La Dirección General de Electrificación Rural del Ministerio de Energía y Minas ha previsto la ejecución del proyecto "Línea de Transmisión 138 kV Carhuaquero - Jaén, Subestaciones y Sistema de Telecomunicaciones".
El proyecto fue aprobado con Resolución Directora! Nº 070-2004-MEM/ AAF de fecha 24 de junio 2004.
El proyecto cuenta con la resolución de EIA emitida por la DGAAE del MEM, así como el Certificado de Inexistencia de Restos Arqueológicos - CIRA emitido por el INC; CIRA 2004-094.
1.1.2 Alcances del Proyecto.
Las instalaciones eléctricas comprendidas en el proyecto son: - Ampliación de la Subestación Carhuaquero en 220/138 kV.
- Línea en 138 kV Carhuaquero -Jaén, 154 km, AAAC 240 mm2, con torres de celosía. - Ampliación de la Subestación Jaén en 138/60 kV.
- Sistema de Telecomunicaciones.
1.1.3 Estudio de Mercado Eléctrico.
Se ha considerado la demanda de potencia y energía eléctrica de las cargas ubicadas en el área del proyecto para un horizonte de 20 años.
1.1.4 Selección de la Configuración del Sistema Eléctrico.
En el desarrollo del Estudio de Factibilidad del proyecto se evaluaron 4 alternativas de configuración a través de Líneas de Transmisión que parten de la SE Carhuaquero y que se conectarían a las Subestaciones de Bagua o Jaén.
Según la evaluación técnica y económica del Estudio de Factibilidad, se llego a la conclusión que la interconexión del sistema Bagua -Jaén con el Sistema Interconectado Nacional seria a través de la Construcción de la Línea de Transmisión 138 kV Carhuaquero -Jaén.
1.1.5 Contrato y Fuente de Financiamiento.
La Dirección General de Electrificación Rural del MEM ha suscrito con la empresa ICE Ingenieros Consultores y Ejecutores el Contrato de Construcción Lave en mano a precios unitarios.
Dentro de los alcances de la empresa contratista esta el desarrollo del Estudio Definitivo, Ingeniería de Detalle, Obras Civiles y Electromecánicas, Pruebas y Puesta en Servicio de la Línea de Transmisión 138 kV Carhuaquero - Jaén, Subestaciones y Sistema de Telecomunicaciones.
El Proyecto será financiado con recursos de un préstamo que el gobierno del Perú ha recibido de The Japan Bank for Intemational Cooperation (JBIC).
1.2 Premisas al Estudio Definitivo.
Las premisas que se consideraran para el inicio del Estudio Definitivo de la Línea de Transmisión en este informe serán:
1.2.1 Trazo de Ruta.
El proyecto original cuenta con un CIRA, por lo tanto se realizarán las variantes mínimas al trazo de la ruta.
1.2.2 Configuración del Sistema.
1.2.3 Indicadores Económicos.
Estos indicadores fueron calculados en la etapa de los Estudios de Pre-factibilidad y Factibilidad; en base a estos indicadores se analizaron las fuentes de financiamientos respectivas.
El Estudio Definitivo no analizara estos factores económicos, ya que el proyecto cuenta con financiamiento.
1.2.4 Estudios para la Interconexión del Sistema Eléctrico Bagua - Jaén con El Sistema Eléctrico Interconectado Nacional.
En el presente Informe "Estudio Definitivo de la Línea de Transmisión 138 kV Carhuaquero Jaén", no se analizara los estudios de protección, cortocircuito, operatividad, estabilidad y/o otros que exige el Comité de Operaciones Económica del Sistema Interconectado Nacional.
2.1 Ubicación del Proyecto.
La zona del proyecto se encuentra geográficamente en la Cordillera Occidental de los Andes del Norte del Perú, en las provincias de Chota, Cutervo y Jaén del departamento de Cajamarca.
El área del proyecto se inicia en la costa norte, atraviesa la cordillera de los andes a una altitud de 3000 m.s.n.m. y luego desciende hacia Jaén que se ubica en la ceja de selva norte del Perú.
2.2 Condiciones Ambientales. Temperatura mínima
Temperatura media Temperatura máxima Velocidad de viento
Humedad relativa Polución Ambiental
0ºC 16 ºC 26 ºC
70 km/h hasta los 1000 m.s.n.m.
80 km/h de 1001 hasta los 3000 m.s.n.m
70 y 80 %.
La atmósfera es limpia.
Las cotas sobre el nivel del mar de la ruta varían entre 390 y 3000 m.s.n.m.
Cota en Carhuaquero 387.59 m.s.n.m.
Cota en Jaén Cota más baja Cota más alta
2.3 Códigos y Normas.
Los códigos y normas a aplicar, como requerimiento mínimo, serán: • Código Nacional de Electricidad- Suministro 2001.
• E.H.V. Transmission Line Reference Book - Edison Electric Institute.
• Transmission Line Reference Book 345 kV and Above Second Edition Electric Power Research Institute, 1982
• Norma IEC (Intemational Electrotechnical Commission). • VDE (Norma Alemana de Diseño de Líneas).
• Norma Técnica de Edificación E-020-Cargas.
• Norma Técnica de Edificación E-060-Concreto armado.
3.1 Trazo de Ruta.
3.1.1 Aspectos Generales.
Los criterios para formular modificaciones en la selección del trazo de la ruta deberán tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
- Accesibilidad: Se debe tratar que el trazo de la línea pase por zonas que estén cercanas y de fácil acceso a las vías de transporte existentes.
- Evitar zonas que presenten un alto potencial de geodinámica externa.
- Lograr la menor longitud posible de línea, así como minimizar el número de ángulos, tratando de realizar alineamientos de gran longitud, evitando ángulos muy pequeños y muy grandes.
- Evitar en lo posible laderas con pendientes transversales pronunciadas ya que obligará a tener vanos muy cortos.
- En la medida de lo posible el trazo debe pasar alejado de poblaciones, grupos de viviendas, zonas actualmente habilitadas o de probable expansión urbana.
- Reducir al mínimo los cruces de líneas eléctricas de alta tensión, ríos y carreteras. - En caso de cruce con el Oleoducto Nor Peruano el ángulo mínimo de cruce será de 60º. - En caso de cruce con líneas eléctricas el ángulo mínimo de cruce será de 15º.
- Tratar de lograr el menor número de tipos de estructuras diferentes. - Evitar zonas arqueológicas.
- Tener en cuenta la adquisición de servidumbre.
3.1.2 Aspectos Particulares.
Una vez establecida la faja de servidumbre de la línea no se permitirá la construcción de vivienda alguna.
3.2 Criterios de Diseño Eléctrico.
3.2.1 Capacidad de Corriente de los Conductores.
Para el calculo de la capacidad de corriente y la temperatura de los conductores se utilizara la norma ANSI/IEEE 73 8-1986 ( en su versión corregida de 1993 ).
3.2.2 Parámetros de la Línea de Transmisión.
Los parámetros eléctricos considerados en el diseño estarán referidos a su resistencia, inductancia, capacitancia y conductancia.
3.2.3 Distancias de Seguridad.
Para la determinación de las distancias mínimas de seguridad se utilizara las recomendaciones del Código Nacional de Electricidad - Suministro 2001, la verificación con la Norma VDE 0210/12.85 y otras normas internacionales.
3.2.4 Aislamiento y Distancia entre Conductores y Estructuras.
Se emplearan aisladores poliméricos, su uso será justificado considerando las exigencias de las sobretensiones atmosféricas, sobretensiones de maniobra y tensiones máximas de operación a frecuencia industrial.
3.2.5 Determinación de la Resistencia de Puesta a Tierra.
Los valores de puesta a tierra se limitaran por caídas de rayo y tensión de toque y paso; la configuración del Sistema de puesta a tierra será en función de un estudio de resistividad eléctrica.
3.3 Criterios de Diseño Mecánico.
3.3.1 Cargas de Viento y Factores de Seguridad.
Donde:
Pv = 0,613 x V2 x Sfx A (3.1)
Pv = Carga en Newtons.
V= velocidad de viento (mis). Sf = factor de forma
A= área proyectada (m2).
Los factores de seguridad del conductor serán:
Tensión de cada día 17% del tiro de rotura del conductor, en condición final.
Carga máxima de trabajo
20% del tiro de rotura del conductor, en condición inicial.
2.5 Los factores de seguridad para las estructuras serán: Los factores de seguridad para las estructuras serán:
Para cargas Normales Para cargas excepcionales
1.5 1.1 Los factores de seguridad para las cimentaciones serán:
Factor de seguridad al volteo
Factor de seguridad al arrancamiento Factor de seguridad al volteo
Factor de seguridad al arrancamiento
3.3.2 Calculo Mecánico de Conductores.
1.5 ( cond. normales) 1.5 (cond. normales) 1.1 ( cond. extraordinarias) 1.1 ( cond. extraordinarias)
Para el cálculo mecánico del conductor se ha considerado las siguientes hipótesis de acuerdo a las condiciones ambientales de la zona del proyecto:
HIPOTESIS Nº 1: E.D.S.
- Temperatura media - Presión de viento
- Esfuerzo de trabajo
16 ºC
O Pa
IDP0TESIS Nº 2: ESFUERWS MAXIM0S - Temperatura mínima:
- Presión de viento:
- Costra de hielo: - Esfuerzo de trabajo:
HIPOTESIS Nº 3: VIENTO MAXIM0
5 ºC
152. Pa
O mm
40 % de tiro de rotura
- Temperatura 1 O ºC
- Presión de viento:
- Esfuerzo de trabajo:
232 Pa equivalente a 70 km/h 303 Pa equivalente a 80 km/h
40 % de tiro de rotura
HIPOTESIS Nº 4: FLECHA MAXIMA (Temperatura Máxima)
- Temperatura máxima:
- Presión de viento:
60 ºC para conductor.
40 ºC para el cable de guarda. O Pa
IDP0TESIS Nº 5: 0SCILAO0N DE CADENA
- Temperatura: 1 O ºC
- Presión de viento: - Presión de viento:
IDP0TESIS Nº 6: FLECHA MINIMA
- Temperatura mínima: - Presión de viento:
3.3.3 Calculo Mecánico de Estructuras.
152 Pa; Zona 11 116 Pa; Zona I
0ºC O Pa
Cada tipo de estructura será diseñada en función de sus vanos característicos siguientes: ► Vano máximo: El vano más largo admisible de los adyacentes a la estructura,
determinado por sus dimensiones geométricas.
► Vano peso: La distancia horizontal entre los puntos más bajos (reales o ficticios) del perfil del conductor en los dos vanos adyacentes a la estructura y que determinan la reacción vertical sobre la estructura en el punto de amarre del conductor.
En el diseño de las estructuras normales se tomara además en consideración el ángulo de desvío máximo admitido de los conductores.
Para el diseño y cálculo de las estructuras se consideran dos tipos de carga:
a) Cargas Normales.
En condiciones de cargas normales se admitirá que la estructura está sujeta a la acción simultánea de las siguientes fuerzas:
a.1) Cargas verticales:
► El peso de los conductores, cable de guarda, aisladores y accesorios para el vano gravante correspondiente, más el peso de un liniero y su equipo de trabajo.
► El peso propio de la estructura.
► Para la condición de montaje se considera el peso de los conductores, cable de guarda, aisladores y accesorios para el vano gravante correspondiente, mas el peso de un liniero y su equipo de tendido ( 4500 N).
a.2) Cargas transversales:
► La presión del viento sobre el área total neta proyectada de los conductores, cable de guarda y cadena de aisladores para el vano medio correspondiente.
► La presión del viento sobre el área neta proyectada de la estructura.
► Las componentes transversales de la máxima tensión del conductor y el cable de guarda determinada por el ángulo máximo de desvío
a.3) Cargas longitudinales:
b) Cargas Excepcionales.
En condiciones de carga excepcional se admitirá que la estructura estará sujeta, además de las cargas normales, a una fuerza horizontal correspondiente a la rotura de un conductor o del cable de guarda.
Esta fuerza tendrá el valor siguiente:
► Para las estructuras de suspensión: 50% de la máxima tensión del conductor.
► Para las estructuras de anclaje y terminal: 100% de la máxima tensión del conductor.
Esta fuerza será determinada en sus componentes longitudinal y transversal según el correspondiente ángulo de desvío.
3.3.4 Calculo de Cimentaciones.
El estudio de geología y geotecnia permite determinar los parámetros de cimentación, que se requieren para el diseño de las fundaciones, los cuales se obtienen una vez realizada las exploraciones de campo y ensayos de laboratorio.
En la determinación de la fundación de las torres de estructuras metálicas de tipo celosía se tendrá en cuenta los siguientes aspectos:
Datos de la geometría de la base de las torres.
El espaciamiento entre las patas de las estructuras de acero en el punto donde las cargas son transferidas a la cimentación.
La inclinación de las patas de las torres.
4.1 Trazo de Ruta.
El Proyecto original cuenta con un CIRA emitido por el INC en el año 2004, los estudios de Ingeniería Definitiva se iniciaron en el año 2007 y una de las primeras actividades de campo fue realizar un recorrido por la Línea de Transmisión para ver si son necesarios realizar las variantes debido a factores de crecimientos de población o caseríos, construcción de viviendas en el trazo de la línea o fallas geológicas importantes.
Las variantes fueron realizadas siguiendo los criterios de selección de ruta explicados en el capitulo anterior; estas variantes fueron mínimas, sin embargo la variante mas importante se dio a la llegada de la Línea de Transmisión a la ciudad de Jaén.
El proyecto original consistía en construir la Línea de Transmisión desde la Subestación Carhuaquero hasta la Subestación Jaén, ambas subestaciones existentes; sin embrago durante el recorrido de la ruta se comprobó que el radio urbano había crecido alrededor de la Subestación Jaén, haciendo imposible acceder a ella con una Línea de Transmisión de
138 kV por falta de distancias de seguridad.
La variante obligatoria condujo a buscar un nuevo terreno para la construcción de la "Subestación Nueva Jaén", lo cual no estaba previsto dentro del contrato, por lo que hubo un cambio sustancial en la parte técnica y económica.
4.2 Memoria de Cálculo - Diseño Eléctrico.
4.2.1 Capacidad de corriente de los conductores.
Donde:
Wc Wr Wj
Wc+Wr=Wj +Wi (4.1)
Energía disipada por convección Energía disipada por radiación Energía absorbida por efecto joule Wi Energía absorbida por insolación Referencia: ANSI/IEEE 738-1993.
A efectos de determinar la temperatura máxima en los conductores se asumen las siguientes premisas:
Velocidad de viento
Intensidad de radiación solar:
Coeficiente de absorción solar Emisividad del conductor
2km/h 0,1 W/cm2 0,9
0,9
Temperatura ambiente máxima
Para el cálculo de la capacidad de corriente y la temperatura de los conductores se ha utilizado la norma ANSI/IEEE 73 8-1993.
Para la máxima temperatura de 35 ºC el conductor estará a 50 ºC y se alcanzara a
transmitir 33,4 MW, capacidad por ampacitancia que cubre la demanda de Jaén en todo el periodo de servicio de la línea.
4.2.2 Parámetros de la Línea de Transmisión.
La regulación de la tensión estará determinada por el funcionamiento del Sistema Eléctrico, es decir se controla los niveles de tensión a la salida de la línea en Carhuaquero, en Jaén el control se efectuará a través del regulador automático del transformador, esto permitirá que Jaén tenga controlada la tensión de su sistema y por tanto un adecuado servicio.
Is
...Vs
Fig. Nº 4.1 : Diagrama esquemático de una Línea de Transmisión
Las ecuaciones correspondientes a la figura Nº 4.1 son:
V
Is
=I
Rcoshrf,
+
_!i_senhrf,
Zc
Donde:
Vs : Tensión el la barra de envío (Carhuaquero ).
VR: Tensión en la barra de recepción (Jaén).
Is: Corriente en la barra de envío (Carhuaquero). IR: Corriente en la barra de recepción (Jaén).
r
:
Constante de propagación.Zc: Impedancia característica.
Referencia: Análisis de Sistema de Potencia-Jhon J. Grainger.
(4.2)
(4.3)
TABLANº 4.1 Parámetros de la LT 138 kV Carhuaquero-Jaén
DESCRIPCION VALOR UNI DAD
Resistencia a 20 ºC "r" 0.1420 0./ km
Reactancia Inductiva" x L" 0.5049 0./ km Susceptancia Capacitiva "be" 3.2591 µSlkm Impedancia Característica" Zc" 393.58
n
Potencia Natural" P " o 48.39 MW
Longitud de la Línea "L" 153.57 km
La regulación de la línea de transmisión se hallara aplicando la ecuación ( 4 .4 ).
Donde:
%Regulación=
1
V
RNL1-1
V
RFL1
* 100 (4.4)1 VRFL 1
/ V RNL /: Tensión en la barra R sin carga, con / Vs / constante.
/ V RFL / : Tensión en la barra R a plena carga, con / Vs / constante.
De las ecuaciones (4.2), (4.3), (4.4) y la tabla Nº 4.1 se obtiene que la regulación de la
Línea de Transmisión es de 7,55%.
4.2.3 Distancias de Seguridad.
a) Distancias de seguridad sobre el nivel del piso.
Las distancias verticales de seguridad se encuentran especificadas en la Tabla 232-1 y la tabla 232-2 del Código Nacional de Electricidad - Suministro 2001, las cuales han sido corregidas por nivel de tensión y por corrección de altura, tal como describe el numeral 232.C.1.a y 232.C.b.
En la tabla Nº 4.2 Distancias verticales de seguridad, se muestran las cantidades distancias
TABLA Nº 4.2 Distancias Verticales de Seguridad
Naturaleza de la superficie Hasta Corrección Corrección Distancias Distancias
que se encuentra debajo Und 23 kV por Tensión por Altura Corregida Asumidas
del Conductor (145kV) (3000m) s
Vías férreas de
ferrocarriles. m 8,0 1,22 1,46 9,46 9,50
Carreteras y avenidas
sujeta a trafico de m 7,0 1,22 1,46 8,46 8,50
camiones.
Caminos, calles y otras
áreas sujeta a trafico de m 6,5 1,22 1,46 7,96 8,00
camiones.
Calzadas, zonas de m 6,5 1,22 1,46 7,96 8,00
parqueo y callejones.
Otros terrenos recorridos 6,5 1,22 1,46 7,96 8,00
por vehiculo. m
Espacios y vías peatonales
o áreas no transitada por m 5,0 1,22 1,46 6,46 6,50 vehículos.
Calles y caminos en zonas m 6,5 1,22 1,46 7,96 8,00
rurales.
b) Distancias de seguridad para conductores que se cruzan.
Las distancias de seguridad entre conductores que se cruzan se encuentran especificadas en el numeral 233.B (distancia horizontal) y 233.C (distancia vertical) del Código Nacional de Electricidad - Suministro 2001, las cuales han sido corregidas por nivel de tensión y por corrección de altura.
En la tabla Nº 4.3 Distancia Horizontales para Cruces de Conductores y la tabla Nº 4.4
Distancia Vertical para Cruces de Conductores se muestran las distancias de seguridad corregidas por tensión y nivel de altura.
TABLA Nº 4.3 Distancias Horizontales para Cruces de Conductores
Corrección
Descripción Und Hasta 129 kV Tensión por Corregida Distancia Distancia Asumida
(138 kV)
TABLA Nº 4.4 Distancias Verticales para Cruces de Conductores
Nivel Superior Nivel Inferior Und Hasta Corrección Corrección
23 kV por Tensión (145 kV) por Altura
HASTA 1000 m.s.n.m. Comunicaciones: retenidas,
conductores y cables, y m 1,80 1,22 1,22
cables mensajero.
Cables se suministro. m 1,20 1,22 1,22
Conductores de Suministro m 1,20 1,22 1,22 expuestos, de 750 V a 23 kV
HASTA 3000 m.s.n.m. Comunicaciones: retenidas,
conductores y cables, y m 1,80 1,22 1,46
cables mensajero.
Cables se suministro. m 1,20 1,22 1,46
Conductores de Suministro
expuestos, de 750 V a 23 kV m 1,20 1,22 1,46
4.2.4 Aislamiento y distancia entre conductores y Estructuras. a) Separación entre conductores.
Distancias
Corregidas
3,02
2,42 2,42
3,26
2,66 2,66
Distancias
Asumidas
3,00
2,50 2,50
3,30
2,70 2,70
La distancia minima entre fases será verificado en el centro del vano, de acuerdo a la siguiente formula de la norma VDE 0210/12.85.
Donde:
a= k.Jf +l
k+S
AM (4.5)a : espaciamiento entre fases en metros.
k : constante de acuerdo a la configuración, material y sección de los conductores. k = 0.75 m; para espaciamiento vertical.
k = O. 70 m ; para espaciamiento horizontal. f : flecha a 40 ºC.
l k : longitud de la cadena de aisladores en metros.
La tabla Nº 4.5 Distancias entre conductores en la Estructura, muestra las distancias a ser
consideradas en el proyecto.
TABLA Nº 4.5 Distancias entre Conductores en la Estructura
Tipo de Vano lateral (m) Distancias (m) Estructura Distancia
Distancia Vertical Horizontal
S1 660 7,00 4,50
S2 1000 7,00 5,00
A 1450 8,00 6,00
T 1000 7,60 6,00
b) Aislamiento.
El aislamiento de acuerdo a la norma IEC 71-1; los niveles de aislamiento para la condición estándar son:
Máxima tensión de operación Frecuencia nominal
Nivel básico del aislamiento
Tensión de sostenimiento a frecuencia industrial Distancia de arco entre fase a tierra
b.1) Aislamiento por Nivel de Contaminación.
145 kV. 60Hz. 550 kV. 230 kV. 900 mm.
Esta solicitación determina la longitud de la línea de fuga requerida.
El área geográfica del proyecto se caracteriza por ser una zona limpia; según las recomendaciones IEC 815, la zona del proyecto corresponde a la categoría de polución ligero a la cual le corresponde una longitud de la línea de fuga unitaria de 16mm/kV fase fase.
La línea de fuga fase-tierra esta dada por la ecuación ( 4.6).
Donde:
LFuGA: Longitud de fuga fase-fase requerida.
L10: Longitud de fuga unitaria (16mm/kV).
U max: Tensión máxima de servicio (145 kV).
fe: Factor de corrección por altura (1.44)
Aplicando la ecuación ( 4.6) tenemos que la línea de fuga de 3 340,8 mm.
b.2) Aislamiento por sobretensión a frecuencia industrial.
Calculamos el Voltaje Crítico Disruptivo (VCFO) corregido por factores ambientales y se verifica que este sea menor al Voltaje de Sostenimiento definido por las Normas IEC.
Cálculo de la Tensión Crítica Disruptiva a Frecuencia Industrial.
En primer lugar se calcula la sobretensión línea a tierra a frecuencia industrial
Donde:
Ksv Kf
V
VF
=
.Ji
xKsvx Kf
(4.7)= Valor de la tensión línea a tierra.
= sobretensión permitida en operación normal, (Ksv = 1,05).
= Factor de incremento de la tensión en las fases sanas durante una falla monofásica a tierra (Kf = 1,25).
Remplazando los valores en la ecuación (4.7) obtenemos: VF= 104,6 kV
La Tensión Crítica Disruptiva (VCFO) se calculará mediante la expresión definida por la IEC.
Donde:
(Y
VF VCFO = --,---....,....
(1-3,50-)
= 2 % para tensión a frecuencia industrial.
Remplazando los valores en la ecuación (4.8) obtenemos: VCFO = 112,5 kV
Los valores obtenidos hasta ahora deben ser corregidos por el factor correspondiente a la altura de diseño, acorde con la fórmula dada en la norma IEC 71-2:
K0 = Factor de corrección por altitud, dado por la siguiente relación:
(4.9) Donde:
H: Cota (m.s.n.m.)
m: Factor numérico cuyo valor está entre O y 1. Depende de varios parámetros incluyendo el mínimo camino de descarga que generalmente es desconocido en la etapa de especificación y diseño. Sin embargo, la recomendación IEC para efectos de la corrección de valores de sostenimiento al impulso y sobretensiones cortas de frecuencia industrial, es fijar el valor de m = 1.
Por lo tanto, para una altura de 3 000 m.s.n.m. se tiene: Ka= 1,44
Luego, los valores calculados, corregidos por altura:
VFc=VF * Ka
VCFOc = VCFO * Ka
(4.10)
( 4.11)
Remplazando los valores en (4.10) se tiene: VFc = 151.14 kV Remplazando los valores en (4.11) se tiene: VCFOc = 162.56 kV
Comparación de los valores calculados con los valores normalizados.
De acuerdo a normas IEC, la Tensión máxima correspondiente a un sistema de 138kV es de 145 kV, a la que le corresponde un valor de sostenimiento de:
VFs (estándar)= 230 kV.
Entonces, la VCFOs (estándar) se obtiene luego de aplicar la fórmula (4.8).
Luego, los valores estándar, corregidos por altura: VFsc
VCFOsc
= 332.35 kV
= 357.36 kV
Con lo que concluimos que en nuestro caso serán suficientes los valores de la norma corregidos por altura, para efectuar los diseños del aislamiento según el criterio de sobretensiones a frecuencia industrial.
b.3) Aislamiento por sobretensión al impulsó.
Siguiendo las recomendaciones de la IEC para el cálculo de este tipo de sobretensiones se tiene lo siguiente:
Cálculo de la Tensión Critica de Flameo (CIFO).
Es la tensión de descarga ante Onda de Impulso Critico, de un aislador Corresponde a un valor medio de la tensión de descarga por rayos, la cual se coordina con la Tensión de Sostenimiento del sistema.
Donde:
CIFO = U (90%) (1-1,3 *
a-)
: Critica! Impulse Flashover Voltaje
( 4.12)
CIFO
U(90%) : Tensión de Sostenimiento normalizado del Sistema con una probabilidad
de ocurrencia del 90 % de tensión de flameo (550 kV)
: Desviación Standard del 3%
Reemplazando los valores en ( 4.12) se tiene: CIFO = 572,32 kV
Se calcula la Tensión Crítica Disruptiva a Impulso Corregido por altitud (CIFOc), de acuerdo a Norma IEC 71-2.
CJFOc =CIFOxK0
Reemplazando en la (4.13) tenemos:
U(90%)c = 794.74 kV
CIFOc = 827 kV
4.2.5 Determinación de la Resistencia de Puesta a Tierra.
Las puestas a tierra de las estructuras y los cables de guarda sirven para desviar a tierra la energía eléctrica como consecuencia de la descarga de un rayo, la que se propaga como ondas ambulantes, debido a que la resistencia de onda del cable de guarda es relativamente mas elevada que la resistencia de puesta a tierra durante los primeros microsegundos surte efecto solo esta resistencia de onda, razón por la que deberá mantener un valor bajo a fin de evitar un rebote o descarga inversa.
Adicionalmente en caso de cortocircuitos pueden fluir corrientes de tal magnitud a través del cable de guarda y la puesta a tierra que aumentan el potencial de la estructura elevando las tensiones de toque, razón por la que en zonas urbanas deberá mejorarse las puestas a tierra.
Los objetivos de una puesta tierra son los siguientes:
- Evitar voltajes peligrosos entre estructuras, equipos o instalaciones expuestas y el terreno durante condiciones de falla o en condiciones normales de operación.
- Proporcionar una vía de baja impedancia de falla al sistema para lograr la operación inmediata de los elementos de protección.
- Conducir a tierra las corrientes provenientes de las descargas atmosféricas.
Para lograr los objetivos de la puesta a tierra es necesario efectuar verificaciones previas de los valores de resistividad del terreno en cada ubicación donde se halla previsto una estructura, de tal manera de prever los diseños adecuados de los electrodos de puesta a tierra.
a) Mediciones de Resistividad.
A lo largo del eje de la línea de transmisión se han efectuado las mediciones la resistividad del terreno de acuerdo a la configuración Wenner utilizando cuatro varillas sobre una línea
recta separado equidistante, en 1, 2, 4 y 8 m.
Para las mediciones de la resistividad eléctrica del terreno se utilizo el Telurómetro portátil modelo MTD 20 KWe.
b) Tipos de Puesta a Tierra.
La resistencia de puesta a tierra propuesta para el aterra.miento de las estructuras tendrá los siguientes valores según el caso donde se ubiquen las estructuras:
Zonas transitables Zonas no transitables
20Ohm 25 Ohm
b.1) Sistema A: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso simple en dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables dependiendo del valor de la resistividad.
b.2) Sistema B: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso doble en dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables dependiendo del valor de la resistividad.
b.3) Sistema C: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso simple en dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables con dos jabalinas.
b.4) Sistema D: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso doble en dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables con cuatro jabalinas.
Se recomienda que para el desarrollo de la Ingeniería de Detalle se realicen la medida de la resistividad eléctrica del terreno en la ubicación de cada una de las estructuras.
4.3 Memoria de Cálculo - Diseño Mecánico.
4.3.1 Calculo Mecánico de Conductores. a) Parámetros de Diseño Mecánico.
Teniendo en cuenta las condiciones ambientales de la zona del proyecto para los diseños mecánicos del conductor y el cable de guarda se han considerado los siguientes parámetros:
a.l) Cargas debido al Viento.
La carga debido al viento sobre los conductores esta dada por la ecuación (4.14); de acuerdo al Código Nacional de Electricidad - Suministro 2001.
Pv
=
K
*
V
2*
Sf
*
A
Donde:
Pv : Carga en Newtons.
K : Constante de presión (0.613). V : Velocidad del viento en mis S/ : Factor de forma (1.0).
' 2
A : Area Proyectada en m .
a.2) Rango de la Temperatura del Conductor.
La temperatura minima del conductor es de O ºC; tal como se considero en los criterios de
diseño.
La temperatura máxima de conductor esta considerando el incremento de la temperatura del conductor por conducción y un incremento equivalente al 11,3 ºC por efecto "Creep".
Esta temperatura máxima es 60 ºC. a.3) Límites de seguridad.
Para el conductor principal se esta considerando un 17% en condiciones EDS; y un 40% máximo admisible en la tracción.
Para el cable de guarda se ha considerado reducir la tensión en condiciones EDS a 13% a fin de guardar que la relación entre flechas sea de 0.90.
b) Ecuación de Cambio de Estado.
Para el cálculo de cambio de estado se ha utilizado la ecuación cúbica resolviéndola para cada vano equivalente por el método de Newton - Raspón.
La ecuación ( 4.15) representa la ecuación de cambio de estado.
2
*
* *
Wrla
[
2
*
2*
E ª02 ª02+
a
E (02 -01)+
2 2Donde:
24*
A *a 010-01 Y 0-02 : Esfuerzo (kg/mm2) en los estados 1 y 2.
a : Coeficiente de dilatación térmica (1/ ºC).
E : Modulo de elasticidad (kg/mm2).
0, y 02 : Temperatura (ºC) en los estados 1 y 2.
_
a
]
__ w2 r_2 ___ _*
a2*
E o1 -24 * A2
wr, y wr2 : Peso unitario del conductor (kg/m) en los estados 1 y 2.
a : V ano equivalente (m).
A : Sección del conductor (m2).
Los resultados del cálculo mecánico del conductor de aluminio y del cable de guarda se muestran en el ANEXO G y ANEXO H respectivamente.
4.3.2 Calculo Mecánico de Estructuras.
Con la finalidad de cubrir ampliamente las necesidades de la Línea de Transmisión en lo que respecta a los ángulos de los vértices definidos en el trazo de la ruta y además en cruzar por zonas muy accidentadas, se definieron los siguientes tipos de estructuras:
Estructura de Suspensión Normal "SI". Estructura de Suspensión Reforzada "S2". Estructura Angular "A".
Estructura Angular, Terminal y Retensión "T".
El proyecto atraviesa por alturas desde los 390 m.s.n.m. hasta los 3000 m.s.n.m.; considerando que se ha previsto en los criterios de diseño que la velocidad del viento será de 70 km/h para alturas hasta los 1000 m.s.n.m.(ZONA I) y de 80 km/h para alturas desde los 1001 m.s.n.m. hasta los 3000 m.s.n.m. (ZONA II).
A continuación se muestran las prestaciones de las estructuras para cada una de las zonas.
a) Prestaciones de las Estructuras para la zona 11.
TABLA Nº 4.6 Prestaciones de Estructuras - Zona 11
Tipo Aplicación Angulo V ano Viento (m) Vano Peso (m)
SI
Tangente Oº 400 600SI
Angular 1º 350 600S2
Tangente Oº 700 1000S2
Angular 5.5° 400 1000A Tangente Oº 800 1700
A Angular 40° 450 1700
T Angular 80º 700 1700
T Terminal 80º 450 1700
T Anclaje Oº 700 1700
b) Prestaciones de las Estructuras para la zona l.
Considerando que no es posible tener diferentes tipos de torres en la línea, solo se ha considerado un diagrama de cargas por cada tipo de estructura y las cargas se han determinado para la zona II entre los 1 000 m.s.n.m. y 3 000 m.s.n.m. las prestaciones de las torres en la zona I son recalculadas a fin de tener los mismos esfuerzos que para la zona II.
La tabla Nº 4.7 muestra las prestaciones de las estructuras metálicas para la zona l.
TABLA Nº 4. 7 Prestaciones de Estructuras - Zona I
Tipo Aplicación Angulo Vano Viento (m) Vano Peso (m)
SI
Tangente Oº 500 600SI
Angular 1º 450 600S2
Tangente Oº 900 1000S2
Angular 5.5° 550 1000A Tangente Oº 1000 1700
A Angular 40º 800 1700
T Angular 80º 1300 1700
T Terminal 80º 900 1700
Los resultados del cálculo mecánico de las estructuras se muestran en el ANEXO I.
Los diagramas de cargas de las estructuras muestran las cargas para las condiciones mas adversas, en ellos la hipótesis 1 se presenta las cargas para la función de alineamiento y en la hipótesis 2 las cargas para la función de Angulo. La demás hipótesis corresponde a las cargas excepcionales por rotura del conductor o cable de guarda y en todos los casos en la función angular de las torres.
Los diagramas de cargas de las estructuras se muestran en el ANEXO J.
4.3.3 Distribución de Estructuras.
Para la distribución de estructuras a lo largo de todo el trazo se ha efectuado mediante un programa de computo interactivo, mediante el cual se busca la solución mas optima, para la distribución a nivel de Estudio Definitivo se ha utilizado el peso de las estructuras proporcionado por el fabricante, en lugar del costo determinando la distribución óptima con referencia al peso del acero utilizado.
El programa simula la distribución como si se utilizará una plantilla de flecha y en cada punto donde ubica cada estructura verifica su tipo, las cargas horizontales y verticales, la necesidad de contrapesos para la oscilación de las cadenas, las distancias de seguridad al terreno y otros obstáculos que son predefinidos en los datos de perfil suministrado,
mediante una simulación figurada del perfil permite discriminar los cruces sobre carreteras
u otros obstáculos, pues solo utiliza una distancia con referencia al terreno.
El programa tiene tres fases:
La primera es la verificación de los datos del perfil topográfico es decir que todos los datos a ingresar sean en forma secuencial, verifica los contraperfiles los cuales no deben de superar una pendiente determinada por el proyectista.
La segunda fase consiste en verificar los puntos del perfil en los que no se deberán colocar estructuras es decir ríos, caminos, canales, casas, lagunas, quebradas, etc.
En la línea Carhuaquero - Jaén se ha determinado que el peso de estructuras optimo corresponde a un vano promedio de 440 m, correspondiéndole un vano equivalente promedio de 636 m y con 349 estructuras donde prevalece las estructuras tipo -3.
Para efectuar la distribución es necesario preparar la información requerida y que se basa principalmente en los siguientes datos:
► Datos del perfil topográfico, progresiva, cotas, ángulo de la línea, con restricciones de ubicación de estructuras (carreteras, ríos, quebradas, etc.) y modificaciones figuradas al perfil topográfico para las distancia de seguridad.
► Datos del comportamiento de los conductores bajo cuatro hipótesis de carga, esfuerzos máximos, flecha mínima, flecha máxima por temperatura y hielo.
► Datos de las estructuras altura de amarre, Tipo de torre y su matriz de pesos.
► Limites de oscilación de la cadena de aisladores, en ambos sentidos a eje de la línea, peso de la cadena de aisladores y peso de los contrapesos.
Para la distribución de estructuras la línea se ha dividido en dos secciones las cuales han sido trabajadas independientemente y el programa se ha corrido en ambos sentidos de la línea, luego para la ubicación de las estructuras se ha revisado ambas distribuciones buscando establecer un compromiso entre ambas para lograr la mejor ubicación.
La línea de transmisión en su primera sección esta compuesto de 31 tramos sin incluir las conexiones a los pórticos en ambas subestaciones.
Los vanos equivalentes para cada tramo han sido calculados mediante la siguiente expresión:
Donde:
[
3 3 3 3
] 1/2
ª
1+a
2+a
3+ ... +a
�q=
ª
n1
+a
2+a
3+ ... +a
na1, a2, a3 , ••••• ,an: son los vanos del tramo correspondiente.
Veq : V ano equivalente del tramo correspondiente.
Los resultados de la aplicación de las ecuaciones ( 4.15) y ( 4.16) determina los parámetros de las plantillas de flechas mínima y máxima temperatura para cada tramo, con las que se verifica que la distribución efectuada cumple con las distancias de seguridad en todos los vanos. Las cargas sobre las torres son expresadas en porcentaje respecto a sus prestaciones y en caso estas supere el 100% de la carga de la torres se reemplaza por una de mayor prestación.
En el ANEXO K se muestra la planilla de estructuras de la Línea de Transmisión Carhuaquero -Jaén.
En el ANEXO L se muestra el resumen de planos correspondiente al Perfil y Planimetría de la Línea de Transmisión.
4.4 Memoria de Cálculo - Fundaciones.
4.4.1 Estudio de Geología y Geotecnia.
TABLA Nº 4.8 Clasificación de Suelos
Angulo de Angulo de
Peso fricción arrancami Capacidad
Unitario interno ento Descripción de los suelos Admisible
(kg/m3)
(jJ
fJ
(kg/cm2)
Arenas limosas, finas mayor
I 1800 22.0 20.0 porcentaje en peso, gravas y 2.00
botones cementados por limos
inorgánicos, tipo SM
Limos arcillosos, alta plasticidad,
con abundante trazas de arena fina
II 1600 18.0 15.0 1.00
y alto contenido de humedad, tipo
CL-MH
Arenas limosas, finas a medias,
III 1700 20.0 10.0 mayor porcentaje en peso gravas y 2.00
bolones cimentados en limos inorgánicos, tipo SM
I Arcillas inorgánicas de plasticidad
1900 30.0 30.0 media con arenas y gravas en 3.00
V
menor porcentaje, tipo CL
Roca totalmente fracturada,
V 2400 > 35.0 35.0 comportamiento como suelos, > 3.00
calizas y arsénicos
V Rocas poco fracturadas, calizas y
2400 > 35.0 30.0 > 5.00
I arsénicos
4.4.2 Cimentaciones - Parrillas Metálicas.
Se utilizaran parrillas metálicas en suelos con capacidad portante igual o mayor que 2
kg/cm2.
La tabla Nº 4.9 muestra las dimensiones de las parrillas.
TABLA Nº 4.9 Dimensiones de Parrillas Metálicas
LARGO ANCHO ALTO
TIPO DE TORRE
(mm) (mm) (mm)
SI 1050 1000 2200
S2 1150 1100 2300
A 1550 1500 2700
T 2000 1950 3000
4.4.3 Cimentaciones - Stubs
En el caso del cálculo de las fuerzas, pueden presentarse acciones simultáneas de fuerzas, tanto en el sentido longitudinal como transversal. Para estos casos se ha considerado la acción de estas fuerzas sobre las zapatas de tal manera que tomen en cuenta este efecto. Las fuerzas horizontales determinan momentos en la base que también se han considerado en el cálculo.
Para el diseño de las cimentaciones de concreto armado se utilizó el "Método a la Rotura" o de Cargas últimas, basado principalmente en la Norma Técnica de Edificaciones NTE 060 y en el ACI-318/99.
Las cargas de trabajo dados por el cálculo estructural de las torres serán magnificadas con el factor de 1,65; el cual es un promedio entre los factores de 1,50 para carga muerta y 1,80 para carga viva; se ha optado el factor promedio debido a que el factor incluyendo el sismo es menor a los anteriores mencionado (1,25), dichas cargas serán usadas para el diseño de concreto armado considerando los efectos de flexo compresión de las fundaciones.
verificación, según Numeral 12.9 NTE E.060 y Rl0.3.5, R.10.3.6 del ACI 318/99 y ACI 318R799.
La verificación de la carga transmitida por los soportes a la cimentación es particularmente importante. Para el anclaje de la torre metálica en el concreto, no se aceptará a la fuerza de adherencia entre el concreto y el perfil de acero del stub, como único medio de resistir el esfuerzo de tracción, sino que éste será transmitido al concreto por medio de ángulos de anclajes ("cleats") empernados o soldados al perfil del "stub".
TRANSMISION
5.1 Resumen del Expediente Técnico.
5.1.1 Ubicación
Departamento Provincias
5.1.2 Condiciones Ambientales. Temperatura mínima Temperatura media Temperatura máxima Velocidad de viento
Humedad relativa Polución Ambiental
Cajamarca
Chota, Cutervo y Jaén.
O ºC 16 ºC 26 ºC
70 km/h hasta los 1000 m.s.n.m.
80 km/h de 1001 hasta los 3000 m.s.n.m
70 y 80 %.
La atmósfera es limpia.
5.1.3 Características Principales de la Línea de Transmisión.
Sistema Tensión
Potencia Nominal
Longitud To tal Número de temas Conductores por fase
Disposición de Conductores Altitud
Trifásico 138 kV 30MW 153,57 km 1
1
Triangular
Conductor Cable de guarda Estructuras
Aisladores
AAAC 240 mm2 de sección
Acero EHS 51 mm2
Torres metálicas de celosía. Configuración Tipo Pino. Aisladores poliméricos.
5.1.4 Trazo de Ruta de la Línea de Transmisión.
Las coordenadas UTM de los vértices de la Línea de Transmisión fueron obtenidas con un estudio de georeferenciación; para el cual se emplearon equipos GPS del tipo diferencial. Las Coordenadas UTM de la Línea de Transmisión Carhuaquero - Jaén se muestran en el ANEXO B.
5.1.5 Distancias de Seguridad.
En la distribución de estructuras, se consideraron las siguientes distancias mínimas de seguridad para la condición más desfavorable de la flecha máxima y conductores verticales o desviados:
Altura de los conductores sobre
Zonas no transitables por vehículos Caminos transitables por vehículos Terrenos recorrido por vehículo Carreteras y calles:
Distancia a otras líneas que se cruzan Distancia Horizontal a:
Alambres, Conductores o cables
Distancia Vertical a:
Cables de Suministro
6,5m 8,0m 8,0 m 8,5 m
1,6 0m
Conductores hasta 22.9 kV
De Telecomunicaciones
Distancia entre conductores y estructuras
Estructura de suspensión
Cadena de aisladores verticales Cadena de aisladores oscilada 5 5
Estructura de anclaje
Cuello muerto vertical
Cuello muerto desviado 40º
Cadena de anclaje
5.1.6 Hipótesis para el Cálculo Mecánico del Conductor.
2,5 m (1000 m.s.n.m.) 2,7 m (3000 m.s.n.m.)
3,0 m (1000 m.s.n.m.) 3,3 m (3000 m.s.n.m.)
1,46 m 1,14 m
1,46 m 1,14 m 1,14 m
Para el cálculo mecánico del conductor se ha considerado las siguientes hipótesis de acuerdo a las condiciones ambientales de la zona del proyecto:
HIPOTESIS Nº 1: E.D.S.
- Temperatura media
- Presión de viento
- Esfuerzo de trabajo
16 ºC
O Pa
1 7% del tiro de rotura del conductor. 13% del tiro de rotura de cable de guarda.
HIPOTESIS Nº 2: ESFUERZOS MAXIMOS
- Presión de viento:
- Costra de hielo:
- Esfuerzo de trabajo:
HIPOTESIS Nº 3: VIENTO MAXIMO
152 Pa 0mm
40 % de tiro de rotura
- Temperatura 1 O ºC
- Presión de viento:
- Esfuerzo de trabajo:
232 Pa equivalente a 70 km/h 303 Pa equivalente a 80 km/h 40 % de tiro de rotura
HIPOTESIS Nº 4: FLECHA MAXIMA (Temperatura Máxima)
- Temperatura máxima:
- Presión de viento:
60 ºC para conductor.
40 ºC para el cable de guarda. O Pa
HIPOTESIS Nº 5: OSCILACION DE CADENA
- Temperatura: 10 ºC
- Presión de viento:
- Presión de viento:
152 Pa; Zona II 116 Pa; Zona I
HIPOTESIS Nº 6: FLECHA MINIMA - Temperatura mínima:
- Presión de viento:
5.1. 7 Estructuras Metálicas. a) Factores de Seguridad.
OºC
O Pa
Los factores de seguridad para las estructuras son:
Para cargas Normales Para cargas excepcionales
b) Prestaciones de las Estructuras Metálicas.
1,5 1,1
Las Tabla Nº 5.1 y Nº 5. 2 muestran las prestaciones de las estructuras para la Zona I (O
TABLA Nº 5.1 Prestaciones de Estructuras - Zona I
Tipo Aplicación Angulo Vano Viento (m) V ano Peso (m)
S1
TangenteO
º500
600
SI
Angular1
º450
600
S2
TangenteO
º900
1000
S2
Angular5.5
°550
1000
A Tangente
O
º1000
1700
A Angular
40
°800
1700
T Angular
80
º1300
1700
T Terminal
80
º900
1700
T Anclaje
O
º900
1700
TABLA Nº 5.2 Prestaciones de Estructuras - Zona 11
Tipo Aplicación Angulo V ano Viento (m) Vano Peso (m)
S1
Tangente-O
º400
600
S1
Angular1
º350
600
S2
TangenteO
º700
1000
S2
Angular5.5
°400
1000
A Tangente
O
º800
1700
A Angular
40
°450
1700
T Angular
80
º700
1700
T Terminal
80
º450
1700
5.1.8 Resumen de la Planilla de Estructuras.
La planilla de estructuras se muestra en el ANEXO K; la Tabla Nº 5.3 muestra el resumen
de las estructuras utilizadas en la distribución de estructuras a lo largo de la Línea de
Transmisión.
TABLA Nº 5.3 Resumen de Estructuras Extensión
Tipo de Estructura Cantidad
De Estructuras
+3 8
SI +O 19
-3 95
+3 35
S2 +O 29
-3 118
+3 4
A +O 11
-3 23
+3 4
T +O 1
-3 7
5.1.9 Sistema de Puesta a Tierra.
La resistencia de puesta a tierra propuesta para el aterramiento de las estructuras tendrán
los siguientes valores de resistencia según el caso donde se ubiquen las estructuras.
Zonas Transitable
Zonas no Transitables
Los Sistemas de Puesta a Tierra son:
20ohm
25 ohm
Sistema A: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso simple en
dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables dependiendo del
Sistema B: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso doble en dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables dependiendo del valor de la resistividad.
Sistema C: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso simple en dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables con dos jabalinas. Sistema D: Este sistema de puesta a tierra esta conformado por un contrapeso doble en dirección longitudinal opuesta a la estructura, en longitudes variables con cuatro jabalinas.
En el ANEXO F se muestran los detalles de los Sistemas de Puesta a Tierra.
5.1.10 Cimentaciones.
Se emplearan parrillas metálicas y Stubs; de acuerdo al tipo de terreno y características de las torres.
5.2 Resumen del Expediente Económico.
5.2.1 Presupuesto - Suministro.
Para el suministro de los materiales de la Línea de Transmisión se ha previsto que estos serán Nacionales e Importados.
La tabla Nº 5.4 muestra el costo total de los suministros; los suministros importados
incluyen los precios CIF, Advalorem, Gastos de Aduanas e IGV, los suministros nacionales incluyen el IGV.
5.2.2 Presupuesto - Transporte, Montaje y Puesta en Servicio
La tabla Nº 5.5 muestra el resumen económico correspondiente al transporte de suministro,
TABLA Nº 5.4 Presupuesto - Suministro
Importado Nacional
Ítem Descripción Incidencia
USD
1 Estructuras Metálicas (Torres de Celosía) 2 775 985,63 58,6 %
2 Conductores y Accesorios 1 491 885,44 31,5 %
3 Puesta a Tierra y Accesorios 69 846,85 1,5 %
4 Aisladores y.Accesorios 198 937,04 4,2 %
5 Cable de Guarda y Accesorios 178 241,15 3,8 %
6 Equipos de Operación 19 397,00 0,4 %
SUBTOTALES 4 714 896,12 19 397,00
COSTO TOTAL 4 734 293,12
TABLA Nº 5.5 Presupuesto - Montaje Electromecánico
Ítem Descripción Costo USD
1 Transporte de Materiales. 135 559,86
2 Obras Civiles y Montaje Electromecánico 2 160 305,63
3 Pruebas y Puesta en Servicio 23 232,05
4 Costo Directo (1 + 2 + 3) 2 319 097,54
5 Gastos Generales y Utilidades (12% de 4) 278 291,70
6 Subtotal ( 4+5) 2 597 389,24
5.2.3 Presupuesto Total de la Línea de Transmisión.
La tabla Nº 5.6 muestra el presupuesto total de la Línea de Transmisión.
TABLANº 5.6 Presupuesto Total
Ítem Descripción Costo USD Incidencia
1 Suministro 4 734 293,12 60,5 %
2 Montaje Electromecánico 3 090 893,20 39,5 %
TOTAL 7 825 186,32
En el ANEXO N se detallan los metrados y precios unitarios de cada partida.
5.3 Plazo de Ejecución de Obra y Cronograma de Ejecución de Obra. El plazo de ejecución de obra es de 365 días calendarios.
1) Los sistemas eléctricos aislados tienden a llegar al limite de su capacidad en ciudades que presentan una industria principiante y con gran potencial en la agroindustria, es decir que el crecimiento de la demanda de estas ciudades es acelerado por lo que se deberá abastecer esta demanda desde otros sistemas de generación.
El proyecto "Línea de Transmisión 138 kV Carhuaquero - Jaén, Subestaciones y Sistema de Telecomunicaciones" surge como una necesidad de satisfacer la demanda del Sistema Eléctrico Aislado Bagua-Jaén; el cual cuenta con una agroindustria en pleno desarrollo.
2) El Proyecto original contaba con un trazo de ruta definido, Certificación de Inexistencia de Restos Arqueológicos y un Estudio de Impacto Ambiental; una de las primeras actividades del consultor fue la revisión de toda la ruta para verificar que no hayan algunas variantes significativas al Proyecto.
De la verificación de campo se observo que era imposible acceder a la Subestación Jaén con una línea de transmisión de 13 8 k V como estaba previsto originalmente y una de las soluciones fue hacer una variante a la llegada de la línea a la ciudad de Jaén y que este lo más cercana posible a la Subestación Jaén.
La importancia del desarrollo de la Ingeniería Definitiva de todo el proyecto era determinar la alternativa técnica y económica más favorable, ya que al ser una obra licitado por el Ministerio de Energía y Minas el presupuesto de toda la obra no debería de superar el 10% del contrato original.
4) El Proyecto original había previsto la utilización de tres tipos de estructuras "S", "A" y "T" con sus respectivas prestaciones.
Durante el desarrollo del Estudio Definitivo se determino que para cubrir el trazo de la línea de transmisión, el cual cruza por terrenos muy accidentados y con presencia de quebradas extensas y profundas, era necesario crear una nueva torre de suspensión reforzada "S2" con mayores prestaciones que la torre "S" y menores prestaciones que la torre "A".
Con esto se logro evitar usar estructuras tipo "A" en alineamiento en aquellos lugares que una estructura tipo "S" no cumplía con las prestaciones.
Con esto se logro una distribución de estructuras mas optima, lo que significo un menor costo por suministro de torres y montaje de torres.
5) La experiencia en diseños de líneas de transmisión ha demostrado que es de importancia considerar el fenómeno de fluencia de conductor (CREEP), que se aprecia mas con el transcurrir del tiempo (años) provocando desequilibrios en las mordazas o grapas y elementos en las estructuras.
Debido a esta importancia en el proyecto se ha considerado, para la condición de temperatura máxima, un incremento en la temperatura que represente a este fenómeno de fluencia de conductor.
6) Debemos de tener presente que para la distribución de estructuras se ha empleado el "Vano Equivalente", tal como se muestra en el desarrollo de la memoria de calculo.
7) Como parte final del presente informe se muestran el presupuesto de la línea de transmisión de las cuales se puede resaltar lo siguiente:
En una línea de transmisión con estructuras de celosía, el presupuesto de suministro de materiales esta principalmente representado por las estructuras metálicas (58,6 %) y conductores (31,5 %).
1
1
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-LEYENDA
Trazo Definitivo
Limite Provincial
Poblado
■ Sub Estacion
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PLANO DE UBICACION
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