diseño electromecánico de lineas de transmision

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Manual del Participante

Basado en las especificaciones de Comisión Federal de Electricidad

Enero ’10 A B C 0 _X Y D(x,y) S

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Objetivos del curso ………….………..……….……. 04

Introducción………..……….. 05

TEMA 1. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO ELECTROMECÁNICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN 1.1- Conceptos y definiciones... 07

1.2- Componentes básicos de una Línea de Transmisión…... 08

1.3- Tensiones normalizadas en los sistemas de transmisión………..………. 28

1.4- Planos de planta perfil y proyecto……….……….. 29

TEMA 2. CRITERIOS PARA SELECCIONAR LOS DISEÑOS MECÁNICOS PARA CABLES: CONDUCTORES, GUARDA CONVENCIONAL Y FIBRA ÓPTICA. 2.1- Parámetros que determinan el uso de una estructura……….………. 34

2.2- Ecuación de la catenaria………... 36

2.3- Datos básicos de partida y parametrización de la trayectoria de la Línea de Transmisión……… 37

2.4- Hipótesis de diseño…………...……….……….………. 41

2.5- Ecuación de cambio de estado… ………...…….. 42

2.6- Coordinación de catenarias entre cables; conductor y de guarda…..……….. 45

TEMA 3.DISEÑO ELÉCTRICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN 3.1- Parámetros de la descarga atmosférica utilizando en el diseño de las Líneas…. 48 3.1.1.- Densidad de rayos a tierra………... 48

3.1.2.- Número de descargas que inciden en una Línea de Transmisión……… 50

3.1.3.- Impedancia Transitoria de cables de guarda, conductores, torres y sistema de tierra…………...……….………. 53

3.2.- Determinación del ángulo de blindaje para obtener un índice de salida deseado………... 59

3.2.1.- Ángulo de blindaje……….……… 59

3.2.2.- Modelo electrogeométrico………..……….……… 60

3.2.3.- Índice de salidas en Líneas de Transmisión por falla de blindaje…….………… 64

3.3.- Determinación de la resistencia a tierra para la obtención de un índice por flameo inverso……….……….……… 65

3.3.1.- Flameos inversos………..……….……… 65

3.3.2.- Número de salidas por flameos inversos………..…….………… 65

3.3.3.- Sistemas de conexión a tierra, esquemas y mejoramiento de los valores de resistencia.………...………..…….………… 66

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3.4.- Coordinación de aislamiento……….………. 70

3.4.1- Distancias criticas de flameo de fase a tierra………... 70

3.4.2.- Determinación de la longitud de aisladores por rayo…..……… 73

3.4.3.- Determinación de la longitud de aisladores por maniobra...……….………. 73

3.4.4.- Por contaminación………...….. 74

TEMA 4.LOCALIZACIÓN DE ESTRUCTURAS SOBRE EL PERFIL TOPOGRÁFICO 4.1.- Plantillas para localización de estructuras……….……….…………. 79

4.2.- Criterios de diseño para Líneas de Transmisión………... 84

4.3.- Planos de localización de estructuras……… 86

4.4.- Perfiles en cruz y determinación de extensiones..………….………. 88

4.5.- Lista de distribución de estructuras………..…. 91

4.6.- Cálculo de flechas y tensiones………..…. 92

Conclusión general ….. ………..………..……….……... 98

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Al finalizar el curso, el participante contará con los elementos básicos para el

diseño electromecánico de Líneas de Transmisión de acuerdo a las

especificaciones de CFE.

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TEMA 1

¾

Al finalizar el tema, el participante identificará los conceptos básicos para el

diseño electromecánico de una Línea de Transmisión de acuerdo a las

especificaciones de CFE.

TEMA 2

¾

Al finalizar el tema, el participante calculará

el

diseño mecánico para cables

conductores de acuerdo a las especificaciones de CFE.

TEMA 3

¾

Al finalizar el tema, el participante distinguirá los aspectos del diseño eléctrico

a considerarse en una Línea de Transmisión de acuerdo a las

especificaciones de CFE.

TEMA 4

¾

Al finalizar el tema, el participante realizará la localización de estructuras de

una Línea de Transmisión sobre el perfil topográfico de acuerdo a las

especificaciones de CFE.

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Derivado de los compromisos de la institución de consolidar nuestros niveles de calidad de una empresa de clase mundial, es determinante desarrollar el capital intelectual, enfocado a ser más competente en nuestro ámbito y con ello lograr una mejora continua en nuestros procesos.

Esto nos motiva evaluar los resultados obtenidos y medir el cumplimiento de nuestras metas internas en nuestros centros de trabajo, y con ello poder identificar las áreas de oportunidad para tomar acciones tendientes a transformar nuestras debilidades en fortalezas.

En el transcurso de estas sesiones identificaremos los elementos y aspectos a considerarse para estar en condiciones de elaborar un Diseño Electromecánico de Línea de Transmisión, de acuerdo a las especificaciones de Comisión Federal de Electricidad.

Todo esto es posible con tu participación y compromiso durante el desarrollo de este curso, así como en la aplicación de los conocimientos adquiridos para definir la metodología para el diseño electromecánico de Líneas de Transmisión.

A fin de lograr lo anterior, el curso se estructura a partir de identificar los conceptos y definiciones básicas referentes al diseño electromecánico de Líneas de Transmisión, después calcularemos las catenarias para cables conductores, continuaremos con los aspectos de diseño eléctrico y finalmente localizaremos las estructuras de una Línea de Transmisión sobre el perfil topográfico.

Cuando se sabe una cosa sostener que se sabe y cuando no se sabe admitirlo, ese es el verdadero conocimiento.

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Objetivo Específico: Al finalizar el tema, el participante identificará los conceptos

básicos para el diseño electromecánico de una Línea de Transmisión de acuerdo a las especificaciones de CFE.

En este tema se proporcionará al participante las definiciones de los conceptos básicos relacionados con el diseño electromecánico, los cuales nos posicionará como punto de partida, por lo que iniciaremos de lo esencial, para irnos familiarizando con los términos que en lo subsiguiente se tocaran a mayor detalle.

Para cumplir nuestro objetivo de aprendizaje, seguiremos la siguiente secuencia: ; Definición de una Línea de Transmisión.

; Concepto de generación. ; Concepto de Transmisión.

; Concepto de centros de consumo.

; Componentes básicos de una Línea de Transmisión. ; Tensiones normalizadas en los sistemas de transmisión. ; Planos de planta, perfil y proyecto.

(7)

1.1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES

DEFINICIÓN DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN AÉREA.- Es aquella que esta constituida por

conductores desnudos en una determinada disposición en el espacio, que a su vez forman circuitos que se encuentran aislados en aire mediante accesorios de vidrio, porcelana y sintéticos, suspendidos y/o rematados en estructuras de soporte, localizadas a lo largo de una trayectoria. Que tienen como finalidad transportar la energía eléctrica desde los puntos de generación hasta los puntos de transformación y finalmente a los centros de consumo.

Estructura del sistema de suministro de energía eléctrica

GENERACIÓN.- Principio de conversión de energía mecánica en eléctrica, mediante el

accionar de un generador, el cual aprovecha distintos agentes para producir este movimiento, de ello dependerá el nombre que describa a la central, por ejemplo: HIDROELECTRICAS, TERMOELECTRICAS, GEOTERMOELECTRICAS, NUCLEOELECTRICAS, EOLICAS, ETC.

TRANSMISIÓN-. Una vez generada la energía eléctrica y elevada a niveles de voltaje, es

necesario conducirla a través de un medio de transporte a las subestaciones eléctricas para reducir los niveles de voltaje y con ello se pueda suministrar a los centros de consumo (carga).

CENTROS DE CONSUMO.- Resultan ser los clientes finales que consumen la energía para

sus procesos de transformación de productos o servicios, que dependiendo del nivel de voltaje pueden clasificarse, en industriales, comerciales, residenciales y uso domestico.

(8)

1.2. COMPONENTES BÁSICOS DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN

ESTRUCTURAS DE SOPORTE.- La función básica de las estructuras para líneas de

transmisión aéreas, es mantener los conductores a cierta distancia sobre el suelo y de los obstáculos presentes a lo largo de la trayectoria, proporcionando seguridad a personas e instalaciones situadas en las cercanías de la ubicación de las estructuras a lo largo del eje de la trayectoria de la línea de transmisión, estas pueden fabricarse generalmente de acero galvanizado, de madera y concreto.

TIPOS DE ESTRUCTURAS DE SOPORTE

(9)

Torre 2 circuitos, Disposición triangular Torre 4 circuitos, Disposición Vertical Poste 2 circuitos, Disposición Vertical

Poste 4 circuitos, Disposición Vertical Torre 1 circuito, con retenidas,

(10)

Poste troncocónico, 2C, con crucetas

aisladas “akimbo” Torre de transposición, 1 Circuito Poste troncocónico, 2 circuitos, tipo lindero

Poste de Transición aéreo-subterránea,

(11)

CABLES CONDUCTORES.- Es el medio por el cual se efectúa el transporte de energía

eléctrica. La sección, su composición y el número de conductores por fase, debe ser la más adecuada para permitir la transferencia óptima de la potencia eléctrica y además resistir los esfuerzos mecánicos a los que estarán sometidos durante la construcción y operación de la Línea.

Los conductores de uso más común en las líneas de transmisión aérea son en primer instancia los conductores de aluminio dispuestos helicoidalmente sobre una serie de cables de acero dispuestos de forma similar, utilizados como refuerzo denominados ACSR (Aluminium Conductor Steel-Reinforced) y posteriormente se describen los cables exclusivamente de aluminio: AAC (All-Aluminium Conductor), los conductores que son exclusivamente de una aleación de aluminio: AAAC (All-Aluminium Alloy Conductor) y los conductores de aluminio reforzado con aleación: ACAR (Aluminium Conductor Alloy-Reinforced).

Tipos de cables ACSR

Recientemente se están utilizando tecnologías de los conductores que consisten en obtener baja flecha y alta temperatura, los cuales tienen como finalidad utilizar las estructuras existentes de las Líneas de Transmisión, reduciendo costos por derechos de vía y aumentando la conducción de corriente por el conductor.

(12)

Calibre del cable 1113 ACSR 900 ACSR 795 ACSR 477 ACSR

Área (mm2_): _{603 515,2 468,5 281,1}

Diámetro sin hielo (mm): 31,980 29,510 28,140 21,800 Diámetro con hielo (mm): 41,980 39,510 38,140 31,800 Peso sin hielo (kg/m): 1,875 1,723 1,624 0,975 Peso con hielo (kg/m): 2,3608 2,2109 2,0965 1,3567 Módulo de elasticidad inicial (kg/mm2_):_{5483,5 5202,2 5349,8 5856}

Módulo de elasticidad final (kg/mm2_{): 6587,1 6678,5 7156,5 7648,6}

Coeficiente de dilatación inicial (1/°C): 0,0000205 0,00001828 0,0000174 0,00001753 Coeficiente de dilatación final (1/°C): 0,0000208 0,00001926 0,00001882 0,00001882 Resistencia a la Ruptura (kg): 14039 14650 14165 8820

Características mecánicas de los cables conductores ACSR

CABLES DE GUARDA.- La función principal de los cables de guarda es impedir que las

descargas atmosféricas impacten directamente sobre los cables conductores de las fases de los circuitos, captando la intensidad de corriente y conduciéndola por medio de la estructura de acero para transmitirlas a los sistemas de tierras que finalmente son los elementos disipadores.

Generalmente los cables de guarda empleados son de acero galvanizado o de acero recubierto de aluminio, los cuales deben ser capaces de resistir las solicitaciones mecánicas y condiciones climatológicas de las zonas en donde se instalen.

Actualmente se están instalando en algunas líneas de transmisión, cables de guarda de acero recubierto de aluminio con núcleo, conteniendo fibras ópticas, mediante las cuales se transmiten señales de telecomunicación para coordinar los elementos de protección en las Subestaciones Eléctricas colaterales asociadas a las Líneas de Transmisión.

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Cable de Guarda con Fibras Ópticas

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(CGFO)-AFL-Tipo de cable de guarda 3/8" 7#8 PIRELLI CONDUMEX AFL

Área (mm2): 51,5 58,56 79 105 100,26

Diámetro sin hielo (mm): 9,540 9,780 13,6 14,65 13,00

Diámetro con hielo (mm): 19,540 19,780 23,6 24,65 23,00

Peso sin hielo (kg/m): 0,406 0,3896 0,453 0,585 0,574

Peso con hielo (kg/m): 0,6167 0,5945 --- --- ---

Módulo de elasticidad inicial (kg/mm2): 15742 15150 12110 11217 13400

Módulo de elasticidad final (kg/mm2): 18137 16170 12110 11217 13400

Coeficiente de dilatación inicial (1/°C): 0,00001152 0,00001296 0.0000168 0,0000155 0,0000142

Coeficiente de dilatación final (1/°C): 0,00001152 0,00001296 0.0000168 0,0000155 0,0000142

Resistencia a la Ruptura (kg): 3160 7226 7000 7800 9286

Características mecánicas de los cables de guarda convencional y con fibra óptica

AISLADORES.- Son los elementos de vidrio, porcelana o poliméricos, que acoplados entre si

y mediante los herrajes convenientes cumplen con la función de sujetar de la estructura de soporte los cables conductores de las fases de los circuitos, así como asegurar el aislamiento eléctrico entre el potencial de los cables conductores de fase y las partes metálicas de la estructuras de soporte.

Además los aisladores deben de elegirse de tal manera que cumplan satisfactoriamente con las características electromecánicas y faciliten el mantenimiento una vez que se encuentren energizadas.

(15)

Aislador tipo disco para ambientes ligeros de

contaminación Aislador tipo disco para ambientes medios y altos de contaminación

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CONJUNTOS DE HERRAJES.- Los aisladores acoplados requieren de elementos que

permitan la sujeción tanto a las crucetas de las estructuras de soporte como a los cables conductores de fase de los circuitos.

Para el caso de los cables de guarda estos elementos son los que sujetan directamente a la estructura de soporte.

Los conjuntos de herrajes deben ser capaces de resistir las tensiones mecánicas transmitidas por los cables conductores de fase de los circuitos y de guarda, respectivamente. Los conjuntos de herrajes se pueden clasificar de acuerdo al tipo de estructura de soporte, como lo son:

; Conjuntos de suspensión para cable conductor de fase ; Conjuntos de tensión para cable conductor de fase

; Conjuntos de transposición para cables conductores de fase ; Conjuntos de suspensión para cable de guarda convencional ; Conjuntos de tensión para cable de guarda convencional

; Conjuntos de suspensión para cable de guarda con fibras ópticas ; Conjuntos de tensión para cable de guarda con fibras ópticas

(18)

No. Descripción Cantidad (pz)

1A Horquilla “Y” Bola Larga 1

2A Calavera Ojo Larga 1

3 Grapa de Suspensión sin varillas protectoras 1

1B Horquilla “Y” Bola Corta 1

2B Calavera Ojo Corta 1

No. Descripción Cantidad _(pz)

2A Calavera Horquilla “Y” Larga 1

5 Grapa de Tensión para Conductor a Compresión 900-1113 1

2B Calavera Horquilla “Y” Corta 1

L o n g itu d

F ig . 3 6 C O N J U N T O D E S U S P E N S IÓ N V E R T IC A L P A R A U N C O N D U C T O R P O R F A S E

Longitud

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No. Descripción Cantidad (pz)

2A Calavera Horquilla “Y” Larga 2

3 Yugo Triangular V1 1

4 Horquilla “Y” Ojo Corta 1

5 Grapa de Suspensión sin varillas protectoras 1

2B Calavera Horquilla “Y” Corta 2

No. Descripción Cantidad (pz)

1 Eslabón 1

2 Grapa de Suspensión para Cable de Guarda 1

3 Conector Cable-Cable a Compresión 1

4 Conector Cable-Solera a Compresión 1

Longitud

Fig. 49 CONJUNTO DE SUSPENSIÓN PARA CABLE DE GUARDA Longitud Fig. 40 CONJUNTO DE SUSPENSIÓN EN "V" UN CONDUCTOR POR FASE

(20)

No. Descripción Cantidad (pz)

1 Grapa de Tensión para Cable de Guarda 2

2 Conector Cable-Solera a Compresión 2

1 2 Tornillo de 1/2" de diámetro Roldana de presión Tuerca hexagonal VISTA DE PLANTA Longitud

(21)

(22)

SISTEMA DE TIERRAS.- Es el conjunto de elementos formados por contra antenas y

electrodos verticales que se determinan en base a las mediciones de resistividad del terreno, para obtener una resistencia mínima al pie de cada estructura que permita la disipación de las corrientes producidas al momento de la incidencia de las descargas atmosféricas en la estructura de soporte o a lo largo de los claros interpostales sobre los hilos de guarda.

(23)

(24)

AMORTIGUADORES.- Debido a que los cables conductores están expuestos a la acción del

viento, principalmente cuando se presenta velocidades pequeñas, que producen vibraciones de frecuencia elevada. La amplitud de este movimiento vibratorio puede alcanzar valores elevados que produzcan fatiga en los cables conductores cerca de los puntos de remate y/o suspensión de las estructuras de soporte, con peligro de rotura de los hilos dispuestos helicoidalmente, para evitar este riesgo se realizan estudios de amortiguamiento que determinen el tipo, cantidad y distancia de amortiguadores a instalar en cada línea de transmisión, de acuerdo a las condiciones climatológicas y topográficas de la trayectoria así como a las tensiones transmitidas por los cables conductores.

Amortiguador tipo Stockbridge

Cantidad de amortiguadores a instalar en el cable conductor

Las distancias típicas de instalación de los amortiguadores desde los puntos de enganche o de tensión, oscilan desde 1m a 1,30m y la distancia de separación entre amortiguadores la encontramos entre los rangos de 0,75m a 1m.

(25)

SEPARADORES.- Para el caso en que las Líneas de Transmisión cuenten con 2 o más

conductores por fase, es necesario aplicar separadores para mantener espaciados a 45 cm los conductores a lo largo de cada claro interpostal, estos deben de tener la capacidad para soportar las corrientes de corto circuito.

La colocación de estos accesorios típicamente los podemos encontrar en el rango desde los 55 a 80 m, distribuidos a lo largo del claro, teniendo especial cuidado en que las distancias entre separadores no sea equidistante, la razón es contrarrestar las amplitudes de onda por el efecto galopeo.

Separador preformado para 2 conductores por fase

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BOYAS.- Esfera de aluminio o de fibra de vidrio, que se instala en las cables de guarda para

señalizar la altura máxima de las Líneas de Transmisión, en cruzamientos con otras Líneas de Transmisión, en derivaciones o entronques con Líneas de Transmisión y en claros interpostales en barrancas profundas. Esto con la finalidad que durante el tráfico aéreo se eviten accidentes, previniendo posibles impactos con los cables de las Líneas de Transmisión.

Cabe señalar que el anterior esquema es solo demostrativo, la colocación de boyas se debe de basar en la norma de referencia NRF-042-CFE “SEÑALIZACIÓN DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AÉREAS Y SUBTERRANEAS (CABLES DE POTENCIA), PARA INSPECCIÓN AÉREA, TRAFICO AEREO, MARITIMO Y TERRESTRE”

LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN CONSTRUCCIÓN (PROYECTO)

LÍNEA DE TR ANSM ISIÓN ACTU AL EN OPER ACIÓN (EXIS TENT E)

LÍNEA DE TRANSMISIÓN DE MENOR ALTURA BOYAS CABLES DE GUARDA CONDUCTOR SUPERIOR CONDUCTOR MEDIO CONDUCTOR INFERIOR CABLE DE GUARDA CABLES CONDUCTORES PINTURA AMARILLO (17) PINTURA AMARILLO (17) PINTURA AMARILLO (17) PINTURA AMARILLO (17) PINTURA AMARILLO (17) PINTURA AMARILLO (17) PINTURA ROJO (8) PINTURA ROJO (8) PINTURA AMARILLO (17) PINTURA AMARILLO (17) PINTURA ROJO (8) PINTURA ROJO (8)

CRUCETA DE GUARDA CRUCETA DE GUARDA CRUCETA CONDUCTOR CRUCETA CONDUCTOR CRUCETA CONDUCTOR CUERPO RECTO CUERPO RECTO VISTA EN PLANTA VISTA EN PERFIL VISTA FRONTAL 50m 50m 50m

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Partes que integran a una boya de aluminio

Boyas de aluminio instaladas en Líneas de Transmisión

510m m 1 2 6 3 4 5

Peso Total (incluyendo: tornillería y herrajes de sujeción)

Boyas para Señalización Aérea

Características de la Boya de Aluminio

3 2 Descripción 4 1 Cantidad Unidad Kg 4.50 510 0.80 (Calibre 18) Naranja mm mm Diámetro interior

Espesor de la lamina de aluminio (mínimo)

Acabado final. Color

Item

Esfera de aluminio bipartida 2

4 Herraje de aluminio para sujeción * Tornillo 3/8" x 1" 8 Tornillo 3/8" x 1 3/4" 4 * Tornillo 3/16" x 3/4" 4

* Incluyen 2 piezas de arandela plana. 1 Peso Total 4.50 Kg 6 5 4 3 2 1 Materiales Cantidad Marca Descripción

Incluye el suministro de tornillos, tuercas, arandela plana y de presión.

(28)

I.3. TENSIONES NORMALIZADAS EN LOS SISTEMAS DE

TRANSMISIÓN

Las tensiones nominales que se utilizan para la transmisión de la energía eléctrica en nuestro país son mayores a 115 kV, mismos que se consideran como voltajes de alta tensión y se clasifican como se indica:

PREFERENTES.- Son aquellos niveles de voltaje que deben de utilizarse en todo el sistema

eléctrico nacional siendo: 115kV, 230kV y 400kV.

RESTRINGIDAS.- Se refiere a los niveles de voltaje que debido al grado de desarrollo y al

valor de las instalaciones existentes no es posible eliminarlas, pero en un futuro no se planean ampliaciones futuras, hablamos de: 138kV y 161kV.

(29)

I.4. PLANOS DE PLANTA, PERFIL Y PROYECTO

TRAYECTORIA GENERAL: Plano generalmente a escala 1:50,000, en el cual se plasma

sobre cartas topográficas editadas por el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI) la poligonal que representa la trayectoria de la Línea de Transmisión, partiendo de la Subestación de origen, hasta el punto final, que puede ser la Subestación destino o el punto de entronque a una Línea de Transmisión existente.

Este documento nos proporciona la siguiente información: Cantidad de puntos de inflexión (PI)

Tipo de terreno (Plano, ondulado o montañoso) Longitud total de la Línea de Transmisión

Tipos de cruzamientos a lo largo de la trayectoria

Extracto de un plano de trayectoria general

SE COLOMO Laguna de Cuyutlán PRO YEC_TO LT 230 kV - 1C -TA TERMOELECTRICA LT TAPEIXTLES - COLOMO LT-2 30 kV -1 C-TA 3 LT 's-40 0 kV -1 C-TA CAMPOS DE FUTBOL T A 2C T A 2 C A S E CO LO MO DIS T A SE COL OMO LT 11 5 KV-1C -PC /PM TA 2C P A 4C P A 2 C P A 4 C T A 1C P A 4 C P A 2 C P A 2C P A 2C SE TAPEIXTLES POT.

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PLANTA Y PERFIL TOPOGRÁFICO: Plano Una vez definida la trayectoria de la Línea de

Transmisión se procede a efectuar en campo el levantamiento topográfico que iniciará en el punto central del marco de la bahía de la subestación de origen y se denominará 0+000 del cadenamiento y terminará en el centro del marco de la bahía de la subestación destino con el cadenamiento correspondiente a la longitud real de la Línea de Transmisión.

El resultado final es obtener los planos de “Topografía, Planta y perfil” que serán elaborados en formatos de película poliéster indeformable con cuadrícula milimétrica y las escalas que se utilizarán son:

TIPO DE TERRENO ESCALA

HORIZONTAL

ESCALA VERTICAL

En terreno plano, lomeríos o montaña suave. 1:2000 1:200

En terreno muy accidentado 1:2000 1:500

Los cuales contienen a mayor detalle las características a todo lo largo de la trayectoria de la línea, entre otras nos proporciona: Las elevaciones del terreno, las distancias exactas de las tangentes, los cambios de dirección (Puntos de Inflexión), los cruzamientos como pueden ser: vías férreas, carreteras, ríos navegables, tipos de terreno, zonas urbanas, con otras líneas de transmisión, los rumbos astronómicos de cada tangente

PLANOS DE PLANTA, PERFIL Y PROYECTO: Planos del levantamiento topográfico en

planta y perfil en el cual se plasman la localización y altura de las estructuras necesarias para cumplir con las distancias de seguridad y libramientos a cada uno de los obstáculos a lo largo de la trayectoria.

La información que contienen estos planos es la siguiente:

Kilometraje del sitio en donde han sido localizadas las estructuras

Número consecutivo de las estructuras, iniciando con la primera estructura después del marco de remate.

Tipo de la estructura Nivel de la estructura

Claro efectivo, claro medio horizontal y claro vertical Puntos mas bajos de las catenarias

(31)

(32)

Conclusión del Tema 1. Introducción al Diseño de Líneas de Transmisión

Como se vio en este tema, es importante conocer los conceptos, definiciones, componentes y tensiones básicas, así como el resultado de un diseño electromecánico de una Línea de Transmisión, los planos de planta, perfil y proyecto.

Partimos definiendo, que la finalidad de una Línea de Transmisión es conducir la energía eléctrica desde los puntos de generación hasta los centros de consumo, en la estructura del suministro de energía eléctrica.

Los elementos que componen a una Línea de Transmisión son: Estructuras de soporte, cables conductores, cables de guarda, aisladores, herrajes, sistema de tierras, amortiguadores, separadores, boyas de señalización.

Las tensiones normalizadas para los sistemas de transmisión son: Preferentes, 115kV,230kV y 400kV y las restringidas son: 138kV y 161kV.

Finalmente mencionamos que para obtener los planos de planta, perfil y proyecto, necesitamos plasmar la localización y altura de estructuras en los planos topográficos, complementando con los siguientes datos: Kilometraje de ubicación, tipo de estructura, Número consecutivo, Valores de claros: efectivo, medio horizontal y vertical, puntos más bajos de la catenaria.

Preguntas de Autoevaluación:

¿Cuál es la finalidad de las Líneas de Transmisión en la estructura del suministro de energía eléctrica?

¿Menciona 5 componentes de una Línea de Transmisión?

¿Cuáles son las tensiones preferentes en los sistemas de transmisión? ¿Cuáles son las tensiones restringidas en los sistemas de transmisión?

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2

2 .

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Objetivo Específico: Al finalizar el tema, el participante calculará los diseños mecánicos para cables conductores de acuerdo a las especificaciones de CFE.

En este tema se proporcionará al participante los datos básicos de partida, entre ellos se encuentran, los parámetros de uso de estructuras, las características mecánicas de los cables, condiciones climatológicas de la zona de influencia de la Línea de Transmisión, las hipótesis de diseño y la ecuación de cambio de estado para calcular y coordinar las curvas catenarias entre cables: conductor y guarda.

Para cumplir nuestro objetivo de aprendizaje, seguiremos la siguiente secuencia: ; Parámetros que determinan el uso de una estructura.

; Ecuación de la catenaria.

; Datos básicos de partida y parametrización de la trayectoria de la Línea de Transmisión.

; Hipótesis de diseño.

; Ecuación de cambio de estado.

(34)

2.1- PARÁMETROS QUE DETERMINAN EL USO DE UNA

ESTRUCTURA.

DEFLEXIÓN (°): Es el ángulo máximo de cambio de dirección en la trayectoria de la Línea de

Transmisión que permite la estructura en estudio sin afectar su estabilidad, de acuerdo con el diseño estructural y eléctrico.

CLARO MEDIO HORIZONTAL (CMH): Es la semisuma de claros adyacentes a la estructura y

se utilizan para calcular las cargas transversales que actúan sobre la estructura debidas a la acción del viento sobre los cables.

CLARO VERTICAL (CV): Es la suma de las distancias horizontales entre los puntos más

bajos de las catenarias de los cables conductores adyacentes a la estructura y se utiliza para determinar las cargas verticales, que actúan sobre la estructura, debidas al peso de los cables conductores y de guarda.

UTILIZACIÓN: La conjugación de los tres parámetros anteriores designa el uso de la

estructura, expresado: DEFLEXIÓN/CLARO MEDIO HORIZONTAL/CLARO VERTICAL (°/CMH/CV). Punto de sujección Punto de sujección S.E. ORIGEN UTILIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA Circuito 2

Punto mas bajo Punto de sujección

CMH=C1+C2 2 Cable conductor

Circuito 1

Punto mas bajo

GRADOS / CMH / CV Cable conductor

Eje de la tray

ectoria de la línea d

e transmisión S.E. D

(35)

(36)

2.2- ECUACIÓN DE LA CATENARIA

CATENARIA: es la curva que describe una cadena suspendida por sus extremos y que se

encuentra sometida a un campo gravitatorio uniforme. La palabra deriva del latín catenaríus, propio de la cadena.

Asimismo, la curva catenaria es la que describe un cable de longitud finita y densidad constante sostenido por dos puntos; por ejemplo, es la curva que describe un cable eléctrico entre dos apoyos o postes.

Parámetro o constante de catenaria (P): Esta definido por la siguiente ecuación:

[

metros

]

w T

P=

T= Tensión del cable en el claro interpostal (kg) W=Peso unitario del cable (kg/m)

Catenaria (y): Esta definido por la siguiente ecuación:

⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = . 1 p x Cosh p y

P=Parámetro o constante de catenaria (m) x=valor en el eje de las x

y= valor en el eje de las y

A B C 0 _X Y D(x,y) S

(37)

2.3- DATOS BÁSICOS DE PARTIDA Y PARAMETRIZACIÓN DE LA

TRAYECTORIA DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÒN.

DATOS BÁSICOS DE PARTIDA:

Las características mecánicas de los cables conductores y de guarda deben ser las siguientes:

Área mm2

Diámetro sin hielo mm Diámetro con hielo mm

Peso sin hielo kg/m

Peso con hielo kg/m

Módulo de elasticidad inicial kg/mm2 Módulo de elasticidad final kg/mm2 Coeficiente de dilatación inicial 1/°C Coeficiente de dilatación final 1/°C Resistencia a la Ruptura kg

Debemos de tener presente los libramientos establecidos en la Especificación para diseño de Líneas Aéreas:

(38)

De la familia de estructuras seleccionadas obtenemos los usos y las tensiones máximas de las crucetas para cables conductores y de guarda.

Considerando los siguientes criterios:

El uso de la estructura, deberá corresponder a la mas predominante, generalmente resultan ser las de suspensión.

Las tensiones máximas las crucetas de cable conductor y guarda, deberán de corresponder a las estructuras de remate.

Para obtener las presiones de viento en cables, se consideran los factores topográficos del terreno, las alturas promedio de los cables, las altitudes de operación y su cálculo se describe en la especificación: “Torres para Líneas de Subtransmisión y Transmisión –J1000-50”.

CARACTERIZACIÓN DE LA TRAYECTORIA:

Una vez definidas las características de la línea de transmisión en el Programa de Obras e Inversiones del Sector Eléctrico (POISE), se acota el área de influencia geográfica, por lo se da a la tarea de obtener datos metereologicos que nos describan el comportamiento en lo que se refiere al entorno, citando principalmente los parámetros y fuente de datos empleados para estar en condiciones de iniciar nuestro diseño especifico.

DOCUMENTO DE REFERENCIA FUENTE

Base de datos metereologicos

Sistema Metereologico Nacional (SMN) Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos (SARH)

Comisión Nacional del Agua (CNA)

Densidad de rayos a tierra Mapa de isodensidades de rayos a tierra (IIE)

Velocidades regionales de viento Mapas de isotacas ( MOC – CFE)

Niveles de contaminación Contaminación de aislamientos externos _(CFE-IIE) De estas fuentes obtenemos los siguientes datos:

Temperatura máxima °C

Temperatura media °C

Temperatura mínima °C Velocidad regional a 10años km/h Niveles de contaminación

Presencia de hielo

Humedad relativa y absoluta

(39)

PARTICULARIDADES DEL PROYECTO.- Se refiere a las condicionantes o restricciones

especiales que se deben de tomar en cuenta para nuestro diseño, estas pueden ser origen: Ambiental (zonas protegidas, bosques, manglares)

Indemnizatorio (cultivos de riego, huertas, limites de propiedades particulares) Privados (Empresas en expansión a futuro, ferrocarriles)

Dependencias (Federales, Estatales, Municipales)

Convivencia con otros proyectos (Líneas de distribución, oleoductos, gaseoductos, acueductos, fibras ópticas, camellones, Líneas subterráneas, caminos).

Estas restricciones implican consideraciones adicionales, de las ya descritas anteriormente (Datos metereologicos, topográficos, eléctricos), que impactan en los siguientes conceptos:

Libramientos especiales (vías férreas, bosques, manglares, huertas) Claros especiales

Ubicaciones de estructuras obligadas Tipos de estructuras especiales Derechos de vía reducidos Compartir derechos de vía

Cada una de estas zonas especiales debe de plasmarse en los planos del levantamiento topográficos, para ser identificados en la etapa de localización de estructuras.

(40)

(41)

2.4- HIPOTESIS DE DISEÑO

Las hipótesis de diseño para cada Línea de Transmisión, están directamente asociadas con las condiciones ambientales (temperaturas, viento regional, presencia de hielo) y están normadas en la “Especificación de diseño de Líneas Aéreas”.

Temp.

ºC Viento (Pa) Hielo (mm) Condiciones Descripción

Media

Anual 0 0 Finales

Curva diaria (EDS): Tiene como finalidad garantizar que las tensiones

alcanzadas en este caso se encuentren de acuerdo con las tensiones admitidas para limitar las vibraciones eólicas, así como establecer el trabajo diario de la estructura. No debe de rebasar el 22% de la tensión de ruptura del cable conductor.

Máxima

(=>50°C) 0 0 Finales

Flecha Máxima: Tiene como finalidad garantizar los libramientos

mínimos verticales a cualquier obstáculo a cruzar, con el resultado de esta condición obtenemos la curva con la cual efectuaremos la localización de estructuras sobre el perfil topográfico. No debe de rebasar el 22% de la tensión de ruptura del cable conductor.

Coincidente Presión Viento

Máxima 0 Iniciales

Viento Máximo: Esta condición es la más crítica y ello implica las

mayores tensiones a las que estará expuesto el proyecto, por lo que deberán de analizarse cuidadosamente y tener especial cuidado en no rebasar los árboles de carga de diseño de las estructuras. No debe de rebasar el 33% de la tensión de ruptura del cable conductor.

Mínima

(<=-10°C) 0 0 Finales

Flecha Mínima: con ella se verifican distancias verticales a

cruzamiento inferiores o superiores con otras líneas de transmisión o subtransmisión, y tensiones máximas en las etapas de tendido. No debe de rebasar el 33% de la tensión de ruptura del cable conductor.

Mínima (<=-10°C)

Presión Viento

Reducida 5 Iniciales

Viento Reducido: Esta condición se considera la carga vertical del

hielo y ello implica las mayores tensiones a las que estará expuesto el proyecto, por lo que deberán de analizarse cuidadosamente y tener especial cuidado en no rebasar los árboles de carga de diseño de las estructuras. No debe de rebasar el 33% de la tensión de ruptura del cable conductor.

16 285 o

187 0 Finales

Balanceo: Tiene como finalidad determinar los ángulos de balanceo

para verificar distancias críticas a las prominencias naturales o construcciones laterales. No debe de rebasar el 22% de la tensión de ruptura del cable conductor.

15 41.2 0 Finales

Condición de rayo: Con ella se verifican distancias verticales de las

fases superiores con respecto a los hilos de guarda para determinar el blindaje óptimo a lo largo de los claros interpostales. No se tiene limitante en cuanto a la tensión de ruptura dado que sus tensiones resultantes están cubiertas por el resto de las hipótesis de carga.

(42)

2.5- ECUACIÓN DE CAMBIO DE ESTADO

El efectuar el cambio de estado en las diferentes hipótesis de diseño tiene la finalidad de verificar que los resultados obtenidos en cada una de las condiciones este dentro de los valores establecidos por las restricciones mecánicas de los conductores o de las crucetas de las estructuras propuestas para nuestro proyecto.

Las expresiones de la ecuación del cambio de estado son:

(

2 1

)

1 2 1 1 . t t B T T Z S A M _⎥ − + − ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ ≈

(

)

2 2 .Z S A N ≈ 24 2 E A≈γ A H1 1≈ Τ E B≈α. A W_C ≈ γ A T H₂ ≈ ₂* 2 2 . 8 . H S W f ≈ C

(

)

( )

2 / 1 2 2 2 2 ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + ≈ C V h C W W W W Z D P WV ≈ V * C W H P≈ 1

(43)

Donde:

H1 : Tensión en condiciones iniciales (kg)

t1 : Temperatura de control a la cual se considera H1 (ºC)

Z1 : Sobrecarga en el cable en condiciones iniciales sin hielo y sin viento.

T1 : Componente horizontal del esfuerzo en condiciones iniciales (kg/mm2)

H2 : Tensión buscada (kg)

Z2 : Sobrecarga en el cable en condiciones finales

t2 : Temperatura correspondiente a H2 (ºC)

T2 : Componente Horizontal del esfuerzo en condiciones finales (kg/mm2)

S : Claro base considerado (m) A : Sección del cable ( mm2)

α : Coeficiente de dilatación lineal del cable (1/°C)

D : Diámetro del cable (mm)

γ : Peso unitario del cable dividido entre el área (kg/m-mm2)

E : Módulo de elasticidad final del cable (kg/m) Wc : Peso unitario del cable (kg/m)

Wh : Peso del hielo depositado sobre el cable (kg/m)

Wv : Fuerza debida a la presión del viento sobre el conductor. f : Flecha del cable en función de H2 (m)

A,B,M ,N: Constantes para el cálculo de T2 Pv : Presión de viento (kg/m2).

(44)

ALTERNATIVAS PARA DETERMINAR EL PARÁMETRO PROPUESTO EN LA CONDICIÓN DE PARTIDA (Temperatura a 50°C, Sin viento y Sin Hielo):

1.- Consideramos un valor menor que el 20% de la tensión de ruptura (Tr) del cable conductor y posteriormente verificamos que el claro base (CB) no exceda el CMH de la estructura.

2.- Consideramos el claro base (CB) menor o igual al CMH de la estructura y aplicamos la expresión:

CB= Claro base f= Flecha

P= Parámetro

T50°C= Tensión a 50°C

w= Peso del cable

hc= Altura al punto de enganche del conductor más bajo

L= Libramiento a piso de acuerdo al nivel de voltaje de la Línea de Transmisión

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

f

CB

P

8 )

(

2

(

00

)

50°

=

Tr

≤

20 T

_C

L

hc

f

=

−

L hc CLARO BASE (CB) f

[

metros

]

w

T

P

=

50°C

(45)

Con lo anterior estaremos definiendo nuestra condición de partida: 50°C, s/v, s/h, condiciones finales.

2.6- COORDINACIÓN DE CATENARIAS ENTRE CABLES:

CONDUCTOR Y GUARDA

Debemos tener en cuenta que los cambios de estado se realizan para el cable conductor, dado que es el que determinará en gran medida la distribución de estructuras en el perfil topográfico, una vez que determinados los valores del parámetro para la curva catenaria en la condición de 50ºC, sin viento y sin hielo (Curva caliente).

Sin embargo para efectos de un blindaje perfecto, sería deseable que las curvas catenarias del conductor e hilo de guarda fueran paralelas en todas las hipótesis de diseño, esto es imposible debido a que la composición física de los materiales que constituyen tanto el conductor como el hilo de guarda son diferentes.

Por lo tanto debemos elegir la condición que cumpla la función de blindar adecuadamente nuestra Línea de Transmisión a lo largo de todos los claros interpostales, esto se puede lograr manteniendo constantes las distancias existentes entre las crucetas de hilo de guarda con respecto al primer conductor inferior de nuestra estructura, esta condición hipotética es: descarga atmosférica (sin viento y a una temperatura coincidente).

A=Distancia de la cruceta del hilo de guarda a la cruceta al conductor inferior hc=Punto de enganche del conductor más bajo

L

hc

CLARO INTERPOSTAL

A

(46)

L=Libramiento a piso

Conclusión del Tema 2. Criterios para seleccionar los diseños mecánicos para cables conductores, guarda convencional y fibra óptica.

Como se analizó en este tema, es importante la selección adecuada de los parámetros mecánicos de tensión de los cables en el diseño, por que ello nos garantizará el correcto funcionamiento de la Línea de Transmisión en cada una de las condiciones climatológicas a las que estará expuesta.

Partimos definiendo los parámetros que determinan el uso de una estructura, siendo: Deflexión, Claro Medio Horizontal, Claro vertical.

Continuamos con definir y conocer la expresión de la curva catenaria, que es la parte fundamental para analizar el comportamiento de los cables conductores en una Línea de Transmisión sujeta en sus extremos por estructuras.

Debemos tener presente que dentro de los datos de partida para poder determinar nuestros valores de la curva catenaria, están consideradas las características mecánicas de los conductores, los libramientos de acuerdo al nivel de voltaje, las temperaturas, velocidades de viento, niveles de contaminación, presencia de hielo, humedad relativa, densidad de rayos a tierra.

Finalmente conocimos las hipótesis de diseño y las ecuaciones para analizar nuestras tensiones resultantes para cada una de las condiciones climatológicas a las que estará expuesta nuestra Línea de Transmisión así como de proporcionar el blindaje adecuado coordinando las curvas catenarias del hilo de guarda con respecto al cable conductor en la condición de descargas atmosférica.

Preguntas de Autoevaluación:

¿Cómo se define el uso de una estructura? ¿Qué es la catenaria?

¿Describe 3 datos de partida que se consideran para determinar la curva catenaria? ¿Cuáles son las hipótesis de diseño para una Línea de Transmisión?

(47)

T

E

M

A

3

3 .

.

D

I

S

E

Ñ

O

E

L

É

C

T

R

I

C

O

D

E

L

Í

N

E

A

S

D

E

T

R

A

N

S

M

I

S

I

Ó

N

Objetivo Específico: Al finalizar el tema, el participante distinguirá los aspectos del

diseño eléctrico a considerarse en una Línea de Transmisión de acuerdo a las especificaciones de CFE.

En este tema se proporcionará al participante, las consideraciones que se deben de tener para diseñar adecuadamente el blindaje de una Línea de Transmisión, para ello conoceremos los efectos que se derivan ante las descargas atmosféricas y como se contribuye a minimizar el índice de salidas por este fenómeno.

Para cumplir nuestro objetivo de aprendizaje, seguiremos la siguiente secuencia:

; Parámetros de la descarga atmosférica utilizado en el diseño de las Líneas de Transmisión.

; Determinación del ángulo de blindaje para obtener un índice de salida deseado.

; Determinación de la resistencia a tierra para la obtención de un índice por flameo inverso

(48)

3.1- PARÁMETROS DE LA DESCARGA ATMOSFÉRICA EN EL

DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN.

3.1.1. DENSIDAD DE RAYOS A TIERRA: Las descargas atmosféricas son la fuente que

produce el mayor número de disturbios y daños en los sistemas de alta tensión, produciendo el mayor índice de interrupciones de servicio y en ocasiones hasta daño total en los sistemas, especialmente en las Líneas de Transmisión, esto produce gastos importantes en las empresas eléctricas y molestias en los usuarios, tratando de incorporar índices de calidad elevados en el suministro de energía eléctrica, el estudio de estos fenómenos para adoptar criterios de diseño adecuados, permite considerar desde la etapa de proyecto una mejoría sensible en el comportamiento de las Líneas de Transmisión y otros elementos, bajo la condición de las descargas atmosféricas.

La forma de medir la intensidad de las descargas atmosféricas es por medio de los conceptos:

NIVEL CERÁUNICO (DT): Representa el número promedio de días con tormenta anual en el

sitio, este concepto se estableció en la década de los 20`s para analizar el efecto de las descargas atmosféricas sobre los sistemas de transmisión y se mide por observación en las estaciones metereológicas, determinando los días con tormenta. En una zona geográfica de una región de un país, los puntos o lugares que tienen el mismo nivel ceráunico, se unen formando un mapa isoceráunico, los niveles ceráunicos se establecen con periodos de 11 años, la razón es por que se cubre todas las posibles variaciones estacionales en una región.

La actividad atmosférica se clasifica en los siguientes rangos:

Días con Tormenta (DT) Nivel

5 -15 Bajo

15 - 30 Medio

30 - 90 Alto

> 90 Muy alto

DENSIDAD DE RAYOS A TIERRA (Ng): Mide el número de descargas atmosféricas a tierra

que son las de interés para el estudio de los sistemas eléctricos. Este concepto se desarrollo en la CIGRE (Conferencia Internacional de las Grandes Redes Eléctricas), consiste en registrar mediante un “contador de rayos” que tiene un área de medición de 20 km a la redonda con respecto a su punto de instalación la variación de la intensidad del campo eléctrico en la atmósfera en el momento de la descarga. El periodo de medición es de 11 años.

(49)

La relación entre el nivel ceraunico y la densidad de rayos a tierra se expresa por formulas empíricas:

CIGRE Ng=(0,12 – 0,20)DT (rayos/km2)

IEEE Ng=0,04DT1,25 (rayos/km2)

(50)

3.1.2. NÚMERO DE DESCARGAS QUE INCIDEN EN UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN (NDL)

NDL= (0,04)DT1.25 { 0,0133(ht+2hg) + 0,1Sg} (rayos/100km-año) Donde:

ht=Altura equivalente del conductor de fase en la Línea (m) hg=Altura del cable de guarda de la torre (m)

Sg=Separación entre cables de guarda (m)

hc hg

Cable de guarda

Conductor de fase Sg=0

(51)

hm=Distancia del punto mas bajo de la fase a piso (m)

f= Flecha del conductor a la mitad del claro a la máxima temperatura.

Para terreno plano ht=hc-{2/3(hc-hm)} Para terreno ondulado y montañoso ht=hg

f

hm hc

(52)

Las descargas atmosféricas pueden ser directas o indirectas, tomando en consideración que una Línea de Transmisión los elementos de diseño que intervienen para limitar el efecto de las sobretensiones por rayo son:

El blindaje proporcionado por la posición relativa de los cables de guarda con respecto a los conductores de fase.

El aislamiento que dan las cadenas de aisladores entre conductores de fase y las partes aterrizadas.

La resistencia al pie de la estructura que depende de la resistividad del terreno y del diseño de la red de tierras.

(53)

3.1.3 IMPEDANCIA TRANSITORIA DE CABLES DE BLINDAJE, CONDUCTORES, TORRES Y SISTEMA DE TIERRA.

IMPEDANCIA TRANSITORIA EN CONDUCTORES

La teoría de las ondas viajeras supone que la corriente del rayo se divide en dos partes a partir de su punto de impacto, de manera que el valor es ahora ½ deslazándose en forma unidireccional y produciendo un voltaje en los conductores. Cuando el blindaje falla por estar deficiente o bien se carece de él, las descargas inciden en los conductores de fase y el voltaje que aparece es:

Vc=I / 2 (Zc) Zc= 60 ln (ht/d) Donde:

Vc= Voltaje inducido (V) I= Corriente de rayo (A)

Zc= Impedancia característica ( Ω ) d= Diámetro del conductor de fase (cm).

(54)

IMPEDANCIA TRANSITORIA EN CABLES DE GUARDA

Cuando ocurren las descargas en los cables de guarda, la onda de voltaje que se desplaza por efecto de capacitancia entre el cable de guarda y el conductor de fase, produce un efecto de acoplamiento por campo eléctrico de manera que se induce un voltaje en los conductores de fase. Vc=CVg Zg I Vg 2 = Donde: C= Factor de acoplamiento Vg= Voltaje en el cable de guarda

Zg= Impedancia característica del cable de guarda hg= Altura del cable de guarda

(55)

IMPEDANCIA TRANSITORIA EN ESTRUCTURAS

Las descargas atmosféricas pueden incidir también directamente en las estructuras, ya que estas se comportan como electrodos por ser puntos salientes sobre el nivel del suelo. De manera que la corriente del rayo produce una elevación de voltaje de la punta de la torre al suelo y se determina como:

VT=ZTI

Donde:

ZT= Impedancia característica de la torre I= Corriente de rayo

La impedancia característica de la torre depende de la geometría de la misma (altura, diámetro, siluetas) y se ha calculado en forma experimental usando modelos a escala, de manera que a partir de estos se obtienen los modelos básicos para determinar la impedancia característica de las estructuras:

hc hg Cable de guarda Conductor de fase Sg=0

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

=

30 ln

2

1

₂2

r

hg

Z

_T Silueta cónica

(56)

60

90 ln

60 ⎟

−

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

r

hg

r

hg

Z

_T Silueta cilíndrica r hg hc

(57)

(

s m

)

t

Z

=

+

2

1 ⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

₋

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

60 ln

90

60 h

r

h

Z

_s

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

₋

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

60 ln

90

60 h

b

h

Z

_s Silueta tipo “H”

(58)

CARACTERÍSTICAS DE FLAMEO DE AISLADORES

Desde el punto de vista de diseño de aislamiento de las Líneas, para tomar en consideración el voltaje por flameo inverso, se debe incorporar el voltaje de acoplamiento del cable de guarda a los conductores de fase a través del factor de acoplamiento C, también se supone que en el momento que se presenta una descarga la Línea esta energizada, es decir existe un voltaje senoidal de fase a neutro que se superpone a la onda de rayo.

El voltaje que aparece en la cadena de aisladores por efecto inverso es:

Los términos de la ecuación anterior son:

Componente resistiva de la caída de voltaje

Componente inductiva para la caída resistiva debido al acoplamiento del cable de guarda

Componente inductiva de la caída de voltaje cuyo valor depende del índice de elevación de la corriente dt =α

di

Componente inductiva de la caída de voltaje inductiva

Voltaje de fase a neutro del valor de pico de onda senoidal para la descarga, el signo + se toma cuando se superpone el máximo positivo y – cuando se considera el máximo negativo de la onda.

La ecuación anterior se puede escribir para la corriente de rayo que produce el flameo inverso de la siguiente manera:

Cuando se trata de calcular el valor de la corriente de rayo que produce flameo inverso entonces se supone que el voltaje en la cadena de aisladores, es la tensión de aguante a nivel básico. Vfn dt di L R Z R Z C dt di L R Z R Z t i Z R RZ C t i Z R RZ Vais ± + − − + − + + − + = ( ) ( ) Vfn C RZ R Z dt di L RZ R Z C C RZ R Z Vais t i ) 1 ( ) 1 ( ) ( − + ± − − − + =

(59)

3.2 DETERMINACIÓN DE ÂNGULO DE BLINDAJE PARA

OBTENER UN ÍNDICE DE SALIDA DESEADO.

3.2.1. ÀNGULO DE BLINDAJE

La función de los cables de guarda en las líneas de transmisión es proporcionar un blindaje o protección contra descargas directas.

En general, se puede establecer que las líneas con dos cables de guarda proporcionan un blindaje más efectivo que aquellos que solo tienen un cable de guarda.

En forma práctica el blindaje se expresa como un ángulo entre los conductores de guarda y los conductores de las fases externas de la línea.

α

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

−

b

a

1

tan

α

(60)

3.2.2. MODELO ELECTROGEOMÉTRICO

Este modelo se puede aplicar a las estructuras actuales, es decir, las que se encuentran en operación, para hacer una revisión de su desempeño ante el fenómeno de las descargas atmosféricas, o bien para las nuevas estructuras y de esta manera, buscar la mejor ubicación de los cables de guarda con relación a los conductores de fase, basándose en el concepto de la distancia de atracción, para de esta manera poder predecir el impacto final de una descarga descendente que se aproxima a tierra.

CÁLCULO DE LA ALTURA MEDIA DEL CONDUCTOR.

Para terreno plano: Yt = Yc – 2/3 f

Para terreno ondulado: Yt= Yc

Para terreno montañoso: Yt= 2Yc

donde:

Yt = Altura equivalente de fase de la Línea Yc = altura del piso a conductor

(61)

ALTURA MEDIA DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN (Y)

Y = %Montañoso(Yt) + %Ondulado(Yt) + %Plano(Yt)

CÁLCULO DE LA CORRENTE MÍNIMA DE FLAMEO

Zc TCF

I = 2

Donde: TCF = Tensión Crítica de Flameo

Zc = Impedancia por fase

IMPEDANCIA POR FASE:

R Y Ln

Zc =60 2

Donde : R = Radio medio geométrico

RADIO MEDIO GEOMÉTRICO

(_N ) ( N) N Sen S r N R / 1 1 2 ) ( ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = − π

Donde : r = radio del conductor en metros

S = separación entre conductores por fase ( 0.450m) N=Número de conductores por fase

TENSIÓN CRÍTICA DE FLAMEO (TCF)

961 . 0

NBAI

TCF =

CORRECCIÓN POR ALTITUD.

(H/8150)

e

= ∂

(62)

DISTANCIA CRÍTICA DE ARQUEO: rc = 9.4 (1.1 I ) 2/3 ) )( ( 67 . 0 h0.6 I0.74 rg = Donde:

h= Altura total de la estructura

ALTURA DEL CONDUCTOR POR UNIDAD DE ARQUEO:

rc Y

El espacio C a la mitad del claro por unidad de arqueo es:

rc C

(63)

Modelo electrogeométrico Dc Dg 14.60 rc rg 8°23'37" rc 54.40 9.05 17.20 36.90 12.15 14.60 8.45 rg