PROYECTO CONSTRUCION VARIANTE DEL CIRCUITO RURAL SUBESTACION TARQUI 13,2KVMEMORIAS DE CLCULO DEL DISEO Resumen del proyectoSi observamos detalladamente el diseo del proyecto, es una reforma de la variante del circuito Rural de la subestacin elctrica TARQUI a nivel de tensin 13,2KV, donde no hay ampliacin de carga debido a que solo se va cambiar el conductor ACSR 2 desnudo a un ACSR 1/0 Ecolgico lo cual va ayudar a mejorar la confiabilidad de la red en media tensin y mejorar la regulacin al aumento del calibre del conductor, a continuacin realizamos una lista donde verificaremos los puntos a tratar en este diseo.

ANALISIS DE COORDINACIN DE AISLAMIENTO

-La norma IEC-60071-1 considera la Categora A para sistemas de distribucin desde 1 kV hasta 245 kV..En la lnea de Media Tensin 13.2 kV no se utiliza cable de guarda porque el nivel de descargas atmosfricas es menor a 70 das de tormentas al ao.El nivel de aislamiento normalizados para lneas de media tensin 13,2 kV es de BIL de 110 kV

-Para nivel 13,2 kV, se han utilizado Aisladores de porcelana:

Tipo Pin 13,2 kV ANSI 56-1, Clase C 29.6; distancia arco elctrico = 178 mm, distancia de fuga = 330 mm, distancia mnima del perno espiga = 152 mm, voltaje tpico de aplicacin = 23 kV, flameo de baja frecuencia en seco = 95 kV, flameo de baja frecuencia en hmedo = 60 kV, flameo crtico al impulso positivo = 150 kV, flameo crtico al impulso negativo = 250 kV, voltaje de perforacin a baja frecuencia = 130 kV, peso neto = 2,98 kg.

-Aislador de suspensin compuesto polimrico (IEC 61109); distancia arco elctrico = 265 mm, distancia de fuga = 660 mm, dametro del ncleo = 16 mm, voltaje tpico de aplicacin = 25 kV, flameo de baja frecuencia en seco = 130 kV, flameo de baja frecuencia en hmedo = 110 kV, flameo crtico al impulso positivo = 200 kV, flameo crtico al impulso negativo = 200 kV, voltaje de perforacin a baja frecuencia = 95 kV, peso neto = 1,24 kg,

-Separacin entre conductores en la red area de distribucin elctrica cumple con la ecuacin e(m) = 0,1 + (kV/150) donde kV es el voltaje entre fases en kV.

ANLISIS DE CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA.

Se desarrolla el clculo con corriente de cortocircuito 1,27 kA en nodo de la conexin perteneciente a subestacin TARQUI del municipio de Tarqui - Huila, de igual forma se realiza el anlisis de la falla a tierra conociendo esta corriente y las corrientes de cortocircuito en los transformadores segn la IEC 60909:

Calculo de corriente de corto circuito a tierra

Aporte de corriente de la red elctrica

Tension Nominal:13,2kV

Icc:1,27kA sim

Scc:0,26416MVA

Icc Asimetrica:2,10kA asim

Ra/Za:0,494

Za:0,164

Xa:0,142

Ra:0,081

Ra/Xa:0,569

Factor K:1,168(IEC 60909)

Red elctrica

13,2kV 1,27kA sim

Donde,Za: Impedancia equivalente de la red, aguas arriba.Xa: Reactancia equivalente de la red, aguas arriba.Ra: Resistencia equivalente de la red aguas arriba.Factor K: Es la variacin en funcin de R/X o R/L (IEC 60909).

El principio de este mtodo est basado en determinar las corrientes de cortocircuito a partir de la impedancia que representa el circuito recorrido por la corriente del defecto. Esta impedancia se calcula una vez se han totalizado separadamente las diferentes resistencias y reactancias del circuito del defecto, incluida la fuente de alimentacin, hasta el punto de conexin de los diferentes transformadores, los cuales no se calculan debido a que no est en el alcance del proyecto.

SISTEMAS DE CONTROL A IMPLEMENTAR:a) Verificar alturas y distancias de seguridad. para ejecutar trabajos en baja y media tensin.b) Solicitar permisos en el operador de red antes de realizar cualquier trabajo. utilizar los elementos de proteccin personal. Los trabajos que deban desarrollarse con las redes o equipos desenergizados, deben cumplir las siguientes Reglas de oro: Efectuar el corte visible de todas las fuentes de tensin, mediante interruptores y seccionadores, de forma que se asegure la imposibilidad de su cierre intempestivo. En aquellos aparatos que el corte no pueda ser visible, debe existir un dispositivo que garantice que el corte sea efectivo.Condenacin o bloqueo, si es posible, de los aparatos de corte. Se llama condenacin o bloqueo de un aparato de maniobra al conjunto de operaciones destinadas a impedir la maniobra de dicho aparato, mantenindolo en una posicin determinada.Sealizacin en el mando de los aparatos indicando No energizar o prohibido maniobrar y retirar los portafusibles de los cortacircuitos. Verificar ausencia de tensin en cada una de las fases, con el detector de tensin apropiado al nivel de tensin nominal de la red, el cual debe probarse antes y despus de cada utilizacin.Puesta a tierra y en cortocircuito de todas las posibles fuentes de tensin que incidan en la zona de trabajo. Es la operacin de unir entre s todas las fases de una instalacin, mediante un puente equipotencial de seccin adecuada, que previamente ha sido conectado a tierra.Sealizar y delimitar la zona de trabajo. Es la operacin de indicar mediante carteles con frases o smbolos el mensaje que debe cumplirse para prevenir el riesgo de accidente, tambin se puede encerrar la zona de trabajo con cinta delimitadora de reas (Color amarillo con negro combinado).

ESPECIFICAR LAS DISTANCIAS MINIMAS DE SEGURIDAD REQUERIDAS

Las distancias de seguridad para este proyecto con redes de media y baja tensin, se refieren a aquellas que cumplen con las mnimas exigidas en el Reglamento Tcnico de Instalaciones RETIE, tomando como base la tabla 13.1 del RETIE, tenemos que: Las distancias de seguridad deben ser adecuadas para evitar accidentes a personas, animales o descargas entre elementos de las lneas de energa (cortocircuito entre fases, a tierra, a estructuras, a otras lneas o a objetos).Las distancias de seguridad establecidas en las siguientes tablas aplican para conductores desnudos. Para conductores aislados la distancia disminuye en 60 cm. Dichas distancias son aplicables para nuevas urbanizaciones o nuevos proyectos. Las distancias verticales se toman siempre desde el punto energizado ms cercano al punto de posible contacto. Las distancias horizontales se toman desde la fase ms cercana al sitio de posible contacto.

Tabla 13.1 distancias mnimas de seguridad en zonas de construcciones

Las distancias verticales

Las distancias mnimas verticales del conductor ms bajo, indicadas como a en la figura anterior, se especifican de acuerdo con la zona, segn la siguiente tabla:

Caractersticas de las zonasDistancias en metros

BAJA TENSINMEDIA TENSINALTA TENSIN

Zona poblada (a carreteras, calles, callejones, zonas peatonales, reas sujetas a trfico vehicular, distancia d)Distancia al suelo de lneas que recorren avenidas, carreteras, calles, etc. (Distancia d) Distancia en bosques, reas cultivadas, pastos, huertos, etc.

5

5.6

6.1 para 115 kV8.5 para 230 kV

Distancia d en cruce sobre grandes avenidas5.6IgualIgual

Distancias a sobre techos y proyecciones, aplicable a zonas de muy difcil acceso a personas y siempre que el propietario o tenedor de la instalacin elctrica tenga absoluto control tanto de la instalacin como de la edificacin0.453.83.8

Distancia c sobre o debajo de balcones o techos de fcil acceso a personas y sobre techos accesibles a vehculos de mximo 2.45 m de altura.3.54.1N.A.

Zona despoblada accesible5.56.56.5

Zona despoblada inaccesible566

Carretera troncal5.577

Camino secundario5.56.57

Distancia mnima al suelo d en zonas de bosques de arbustos, reas cultivadas, pastos, huertos, etc. Siempre que se tenga el control de la altura mxima que pueden alcanzar las copas de los arbustos o huertos, localizados en la zonas de servidumbre5.05.66.1

En reas de bosques y huertos donde se dificulta el control absoluto del crecimiento de estas plantas y sus copas puedan ocasionar acercamientos peligrosos, se requiera el uso de maquinaria agrcola de gran altura o en cruces de ferrocarriles sin electrificar, se debe aplicar como distancia e estos valores7.58.18.6

No se permitir el paso de conductores de redes o lneas del servicio pblico, por encima de edificaciones donde se tenga presencia de personas, salvo cuando el tenedor de la instalacin elctrica tenga absoluto control, tanto de la instalacin elctrica como de las modificaciones de la edificacin o estructura de la planta. Entendido esto como la administracin, operacin y mantenimiento, tanto de la edificacin como de la instalacin elctrica.

En general los conductores de la lnea de mayor tensin deben estar a mayor altura que los de la de menor tensin.

Distancia Horizontal

As mismo las distancias horizontales, indicadas como b en la grfica anterior, sern:

Caracterstica de la zonaDistancias mnimas en metros

BAJA TENSINMEDIA TENSINALTA TENSIN

Distancia horizontal b a muros, balcones, salientes, ventanas y diferentes reas independientemente de la facilidad de accesibilidad de personas.1.72.3N.A.

Caracterstica de la zonaDistancias mnimas en metros

BAJA TENSINMEDIA TENSINALTA TENSIN

En cruce por campos deportivos abiertos777

En el caso de las redes de baja tensin se tuvo en cuenta las distancias de seguridad, sin embargo se debe tener claridad que no existe riesgo debido a que las redes son aisladas, pues es un conductor trenzado.

DEFINIR TENSIN MECANICA MAXIMA DE CONDUCTORES Y TEMPLETES

SELECCIN DE CONDUCTORES

Se utilizarn conductores de aluminio con alma de acero tipo ACSR (Aluminum Conductor Steel Reinforced.

La tensin para el tendido en redes areas no debe pasar el 25% de la tensin de rotura del conductor. En ningn momento los conductores deben ser sometidos a tensiones mecnicas por encima de las especificadas como de rotura.

CALIBRES

Para lneas del nivel de media tensin areas a 13.2 kV el calibre mnimo a emplear ser ACSR No. 2 AWG en ramales.

No obstante el calibre ser seleccionado en forma preliminar de acuerdo con los clculos de diseo.

CAPACIDAD DE CORRIENTE

La capacidad de corriente y caractersticas mecnicas de los conductores ACSR se indican en la siguiente tabla:

CARACTERISTICA DE CONDUCTORES ACSR

Calibre AWGCapacidad ACargabilidad AResistencia (20C) /kmCarga de rotura kgPeso kg/km

4 / 03873100.26703919435

2 / 02872300.42402424273

1 / 02471980.53401941217

21831460.85001265137

CLCULO DE TEMPLETES (RETENIDAS)

Generalidades

Los templetes se utilizan para contrarrestar las fuerzas longitudinales originales por rotura de conductor, por tensiones desequilibradas entre vanos adyacentes, por operaciones de tendido en estructuras de retencin, y las fuerzas transversales debidas al viento y al ngulo de deflexin de la lnea. Para el clculo de los templetes se tiene en cuenta el ngulo que forma con la vertical, o sea la distancia desde la base del poste al sitio de anclaje, la cual determina cambios en los esfuerzos del cable. Para los clculos se parte del caso ms crtico, el cual ocurre cuando la distancia entre la base del poste y el anclaje es un tercio de la altura del punto de la sujecin de la retenida, equivalente a un ngulo de 71.56 .

Material de las retenidas

Los clculos en la presente seccin se realizaron seleccionando cables de acero galvanizado extra resistente de 3/16, 1/4, 3/8 y 7/16 de dimetro, y 1810 g,

3020, 6980 y 9430 kg de carga de rotura respectivamente, usados convencionalmente.

Factores de seguridad y sobrecarga

A. Para cargas normales

Se consideran cargas normales las cargas de ngulo, las cargas de viento (con velocidad de viento promedio de la zona donde se desarrollar el proyecto) y las cargas longitudinales de las estructuras terminales. Los factores de sobrecarga utilizados son:

Para cargas de ngulo: 1.5

Para cargas de viento: 2.0

Para cargas longitudinales: 1.5

Factor de seguridad del templete: 2,0

B. Para cargas anormales

Se consideran cargas anormales: las cargas longitudinales ocasionadas por rotura de conductor o por las maniobras de tendido en las estructuras de retencin.

Factor de sobrecarga: 1,3

Factor de seguridad del templete: 1,15

Para obtener un factor de seguridad adicional se asume que los postes no absorben ninguna carga horizontal.

Templetes para ngulo

Para estructuras de circuito sencillo. Ejemplo de clculo con poste de 10 m.

R Tr Fs

R = Tensin admisible del templete. Tr = Carga de rotura del cable.

Fs = Factor de seguridad templete.

Se tiene en cuenta que:

d = h/3 =

71.56

F 2T send * fa * n

2

F:Carga transversal ngulo.

T:Tensin a temperatura mnima y viento promedio, y para un vano

regulador de aproximadamente 200 m.

:ngulo de cambio de direccin de la lnea.

fa:Factor de sobrecarga = 1.5

n:Nmero de conductores en el mismo nivel.

Considerando un factor de seguridad Fs= 2.0 (templete), se tiene como tensin admisible R:

R1905kgCable 3/16

R21510kgCable 1/4

R33490kgCable 3/8

R44715kgCable 7/16

A. Disposicin horizontal de conductores

Se presenta a continuacin un ejemplo de clculo de templetes para la disposicin horizontal de conductores y estructura con cambio de direccin (en ngulo). De la Figura 3.17:

F

R

h

d

En la Tabla 3.14 se muestran los resultados, considerando las tensiones admisibles calculadas para templetes, conductor 1/0 AWG ACSR, tensin de conductor 629 kg (a temperatura mnima, viento medio) y ngulo () de 71.56 del templete con la horizontal.

Dimetro

delngulo mximo de deflexin ( mx.)

Templete

1 templete2 templetes3 templetes

3/16"5,811,617,5

1/4 "9,719,429,3

3/8"22,545,971,6

7/16"30.663,6104,4

C. Disposicin vertical de conductoresD.

h1= 10.1 mF1

h2= 9.5m

h3= 8.9mF2

RF3

R

2

1

d

Figura 3. 18 Disposicin vertical de la estructura. Diagrama de fuerzas

Con un (1) templete

Con dos (2) templetes

Con tres (3) templetes

En la Tabla 3.15 se muestran los resultados para conductor No. 2/0 ACSR

Templetengulo mximo de deflexin

1 Templete2 Templetes3 Templetes

3/16611,917,9

102030,2

3/823,247,273,9

7/1631,565,5108,6

C. Disposicin triangular

h1 = 10.2 mh2 = 9.5 m

= 71.56 0

F

R2

d

Disposicin triangular de la estructura. Diagrama de fuerzas

Con un (1) templete

9.5 R Cos 10.2 F 2 9.5 F

9.5 R Cos 29.2 F

29.2 2 2 T 1.5 Sen 2

2 Arc. Sen 9.5 R Cos

87.6 T

Con dos (2) templetes

2 Arc. Sen 19 R Cos

87.6 T

Con tres (3) templetes:

2 Arc. Sen 28.5 R Cos 87.6 T

En la Tabla 3.16 se muestran los resultados para conductor No. 2/0 ACSR

Templetengulo mximo de deflexin

1 Templete2 Templetes3 Templetes

3/165,611,317,0

1/49,418,928,6

3/821,944,669,5

7/1629,761,7100,5

Tabla 3.16 Disposicin Triangular: Seleccin de templetes. Conductor 2/0 AWG ACSR

Como los resultados para las diferentes configuraciones son muy similares, se adopta como gua para la seleccin de templetes, los clculos para la configuracin semibandera, cuyos valores de ngulos de deflexin permisibles promedian los de las otras configuraciones, sin afectar los factores de seguridad.

De las tablas elaboradas anteriormente se puede concluir que, en relacin al nmero de templetes requerido, no es prctico utilizar cable de 3/16; y que se puede utilizar cable de 3/8 con conductor comprendido entre los calibres No. 2 y No. 2/0 AWG, y que para calibres mayores se debe utilizar cable de 7/16 de dimetro para los templetes.

VIENTOS O RETENIDAS PRIMARIAS.

Todo templete instalado en redes de media tensin llevar aislador tensor. Los templetes se colocarn, por regla general, en todas las estructuras de retencin, en los ngulos en los que se sobrepasen los esfuerzos admisibles en el poste, en apoyos para luces mayores de las del diseo en alineamientos rectos y en todos aquellos apoyos en donde el clculo mecnico lo justifique.

Para los templetes se utilizarn cables de acero galvanizado 3/8 extraresistente (6,992 kgf 15,200 lbf). Excepcionalmente, se utilizar cable de acero galvanizado 1/4 extraresistente, cuando los diseos permitan evidenciar que las condiciones mecnicas a ser soportadas no superen la tensin mxima admisible para este cable, incluido el factor de seguridad.

Las retenidas quedarn alineadas con el eje de la red o sobre la bisectriz del ngulo suplementario del de deflexin de la lnea, cuando ste ltimo no sobrepasa los 30.

La localizacin del viento no debe obstaculizar el trnsito peatonal y vehicular como en accesos a edificaciones, garajes, etc.

Entizar con alambre galvanizado No. 12 y grapa prensora tres tornillos. La varilla de anclaje ser de 5/8 x 1,80 metros. La varilla de anclaje llevar una posicin oblicua y en la misma direccin del templete. La posicin de la misma debe ser tal que ste forme un ngulo no mayor de 65 con la horizontal, lo que sugiere que no debe existir entre la perforacin de la varilla y la base de la estructura una distancia inferior a 0.46 h, siendo h la altura libre hasta el punto de Amarre del viento. Lo anterior para los vientos directos a tierra.

Las varillas quedarn por fuera del suelo entre 5 y 10 cm y orientadas sus perforaciones en la direccin del cable de retenida.

Los anclajes o viguetas para las lneas de distribucin son de concreto.

Para nivel de media tensin se emplear aislador tensor de 4.5" norma ANSI 54-2. Se ubicar un aislador tensor a 3.0 metros del amarre del viento al poste.

Se utiliz guardacabo de 3/8" galvanizado en caliente para la proteccin del cable en el punto de sujecin a la varilla de anclaje.

TIPOS DE TEMPLETES

Templete convencional

La retenida convencional se debe colocar a una distancia no menor a 2/3 de la altura libre del apoyo, en el rea urbana con dificultadas de ubicacin y entre 0.85h y 1h (altura libre del apoyo) para zona rural. No obstante, donde haya suficiente espacio, el templete tendr una separacin de la base del poste igual a la altura libre del poste.

Templete con poste auxiliar

Se emplear donde no es posible utilizar viento convencional, generalmente en los cruces de va donde el cable del viento no puede quedar a una distancia del apoyo mayor de 6.6 metros.

Para tenderlo se debe entonces implementar un poste de altura inferior al de la red primaria y construirle un templete directo a tierra al mismo. Posteriormente entre ste y el poste primario a retener se tender el tramo de cable de acero galvanizado de 3/8" con el respectivo aislador tensor.

La rienda del templete hacia el poste primario se construir por debajo de ste impidiendo su deslizamiento.

Poste pieamigo

En puntos donde es imposible la ubicacin de templetes opuestos a la red, se puede implementar un apoyo que se ubique hacia la lnea y que soporte la estructura en su posicin vertical.

Dicho apoyo, denominado pieamigo est conformado por un poste de igual longitud del empleado en la estructura y ubicado en posicin oblicua, acoplado al poste inmediatamente por debajo de la cruceta usando dos ngulos de 3" x 3" x 1/4" x 0.3 m sujetados a sendos postes con collarines de 5 a 6".

CARGA EN RETENIDA DE 3/8" EXTRARESISTENTE Distanciad (m)RESISTENCIA NOMINAL DE RUPTURA DEL CABLE 3/8" = 5,969,69 kg

8M10M11M12M

ABCABCABCABC

1496582639385437466348389414318,5352,6370

2960,111151258755851904687764810627,9693,9730

3136915641679109712261301100111101172921,410121064

3,5154817521872125613951476114912701172106011601217

4171119202040140415521638129014171490119213011362

4,5185920682184154216971784142215561631131714331499

5199121952309167018271916154416841761143815581627

5,5210923092416178819472036166118041881154916741745

6219524072509189720572143177019131991165617841854

6,5230924932589199720572239187020132090169518841954

7239325692657209122432325196321042181184719772048

7,5246826322716217523252402205021882264193420632131

8253426912768225223522474212922652338201621432209

8,5232324642669220223362407209122162282

9238625232591227124002468216122842348

9,5244625752641233424592523222523462409

10250026252687239125112575228624022464

10,5244325612621234324572514

11249326072664239325052566

11,5244325502605

12248925912644

EL CALCULO MECANICO DE LOS CONDUCTORESESFUERZOS EN LOS CONDUCTORESUn hilo o cable flexible, con sus extremos fijos, sometido a la accin de su propio peso y eventuales sobrecargas repartidas adopta la forma de una catenaria (funcin coseno hiperblico).La flecha del hilo se mide por la distancia del punto ms bajo que forma la curva a la traza de la recta que une los puntos de suspensin.La longitud del hilo (l) es lgicamente mayor que el vano (a), pero como la flecha es pequea respecto del vano se puede aceptar que la forma que asume el hilo es una parbola (primer trmino del desarrollo en serie del coseno hiperblico).Puede demostrarse que con vanos de hasta 700 800 m la determinacin de la flecha empleando la ecuacin de la parbola en lugar de la catenaria lleva a errores insignificantes a los fines prcticos.La tensin (T) en el punto ms bajo de la parbola es equilibrada por una reaccin horizontal y opuesta, aplicada en el punto de amarre, de igual manera el peso del semivano es equilibrado por una reaccin vertical.Aplicando la ecuacin de igualdad de momentos en el amarre se tiene:P * a / 4 = f * TSiendo P = p * a / 2 ; p = peso por unidad de longitudf = p * a^2 / (8 * T)La tensin en el amarre es mayor, y se obtiene de la composicin vectorial de la fuerza horizontal y vertical.La longitud de la traza del hilo es aproximadamente:l = a * (1 + 8 * f^2 / (3 * a^2))Esta longitud se tiene en condiciones de equilibrio, con cierta tensin mecnica, y con cierta temperatura del conductor, el hilo tiene cierta longitud l0 en reposo y a temperatura de referencia (0 grados por ejemplo), con cierto estado de tensin T, y cierta temperatura teta se tiene:l = l0 * (1 + T / E) * (1 + alfa * teta)Siendo E = mdulo elstico; alfa = coeficiente de dilatacinDespreciando trminos de segundo orden de ambas ecuaciones se obtiene:l0 = a * (1 + 8 * f^2 / (3 * a^2) - T / E - alfa * teta)La longitud en reposo (T = 0) y a temperatura de referencia (teta = 0) es una caracterstica del hilo, invariante.Si el vano es fijo entonces se escribe la ecuacin de estado de los cables:C = 8 * f^2 / (3 * a^2) - T / E - alfa * teta)Esta ecuacin corresponde a un determinado estado de equilibrio, el conductor est sometido a cambios de temperatura y sobrecargas que modifican su estado de equilibrio.Los distintos estados satisfacen la ecuacin del cambio de estado, se debe elegir un estado de referencia, para el que se calcula la constante C, y luego para cada par sobrecarga, temperatura, teniendo en cuenta que:f / a^2 = p / (8 * T)

Se determina el par tensin mecnica, flecha, verificando que en ninguna condicin se supere la tensin mecnica mxima que se ha fijado como lmite, si se da esa situacin se adopta este estado como base y se reinicia la tarea respetando la tensin mecnica mxima.

La condicin de mxima tensin depende del valor del vano, si el vano es reducido la condicin de mxima tensin del conductor se presenta para la temperatura mnima, si en cambio el vano es grande se tendr para el viento mximo, para cierto valor de vano la condicin crtica se tendr en ambos casos, a este vano se lo llama crtico.

Algunos calculistas prefieren determinar el vano crtico, y con l decidir cul es la condicin climtica que debe usarse como bsica para desarrollar las tablas de tendido.

A veces, las condiciones climticas y distintas tensiones lmites para cada una hacen que se presenten ms vanos crticos, que de todos modos se utilizan en igual forma.

CALCULO DE LA TENSION Y DE LA FLECHA

El clculo puede hacerse con distintos mtodos, el articulo "Clculo de la tensin y flecha de cables areos tendidos A. Rifaldi (revista MEGAWATIOS mayo junio 1980)" presenta un algoritmo eficiente que puede emplearse para el clculo manual. Este algoritmo es utilizado por varios programas de computadora disponibles con estos apuntes.

Trataremos de estudiar el comportamiento de distintos tipos de conductores tendidos en condiciones comparables y con distintos vanos a fin de extraer experiencia de los casos que planteamos.

Los conductores sern de igual capacidad de transporte, que se ha fijado en ms de 400 A, y estarn realizados con los distintos materiales comnmente usados, la tabla 21 incluye las alternativas posibles.

De esta manera se han elegido secciones elctricas equivalentes para los conductores.tabla 21 caractersticas

Los vanos a estudiar se han fijado en 50, 100, 200, 400 metros, representativos de lneas de baja hasta altsima tensin.

Se han fijado las condiciones climticas que se muestran en tabla 22, y que definen los distintos estados de tendido en que el conductor se encuentra.

Tabla 22 - estados climticos

El estado eds (every day stress) representa la tensin de todos los das, y se recomienda una tensin mecnica relativamente reducida.

El conductor tensado tiende a vibrar a causa de los torbellinos de Von Karman, que se desprenden de su superficie, este fenmeno se presenta con vientos modestos, y a la tensin debida al tiro se le suma la tensin de flexin que causa la fatiga de los alambres del cable, este efecto se reduce disminuyendo la tensin debida al tiro.

En condiciones de viento mximo, o temperatura mnima se trata de no superar el lmite (0.2) elstico del conductor, evitndose as las deformaciones permanentes.

Viento mximo, y temperatura mnima son representativos de condiciones extremas que se pueden presentar en la vida de la obra (una vez en 50 aos, por ejemplo).

Para cada tipo de conductor, y cada vano se calculan las condiciones de tiro y flecha que se presentan, y los valores de flechas obtenidos se renen en la tabla 23.

La condicin de temperatura mxima, que conduce a la mxima flecha, es dimensionante de la altura de las torres, el punto de suspensin del conductor estar a altura suficiente para que en esa condicin la distancia al suelo no impida la libre circulacin.

La mxima flecha tambin es dimensionante de la distancia horizontal entre conductores, que finalmente define el cabezal de la torre.

Tabla 23 flechas La flecha a temperatura mnima define la posicin del cable de guardia, que en alguna medida debe mantener el paralelismo con los conductores (o al menos no reducir la distancia a ellos que arriesgue la aislacin).De la tabla 23 se observa la enorme importancia que toma la flecha a medida que el vano aumenta, para vanos de 200 m o ms, la altura de la torre es notablemente influenciada por la flecha, se observa que el cobre exige las mayores alturas de torres, que la aleacin de aluminio es ms conveniente que el aluminio, y que para vanos de 400 m la aleacin de aluminio es sin duda ms conveniente que el aluminio con alma de acero (representa 3 m menos de torre).La tabla 24 muestra las solicitaciones mecnicas, tiros y cargas verticales que se presentan en los casos estudiados.Al observar los tiros mximos se nota que con conductores de aleacin de aluminio hemos alcanzado mayores tiros que con otros materiales, pero debemos tener presente la menor altura de la torre, que compensa el mayor tiro.La comparacin correcta de las torres se debe plantear considerando todas las condiciones de proyecto.Las torres de retencin, terminales y angulares soportan el tiro de los conductores, por lo que su peso (y costo) aumenta al aumentar el tiro, y la altura, pero el peso crece ms que proporcionalmente con la altura (la base de la torre es ms fuerte), parece ms conveniente reducir altura que tiro.Las torres de suspensin soportan el empuje del viento sobre los conductores, que depende del dimetro del conductor, y de la altura, el empuje del viento sobre la misma torre, para las torres de suspensin, es muy importante, y tambin para estas la reduccin de altura influye en modo notable el peso, y costo.

Tabla 24 Tiros mximos nota: el signo - (menos) que precede al tiro indica que este se presenta con la temperatura mnima, el + con viento mximoOtro elemento que influye en el dimensionamiento de la torre es el peso vertical de los conductores, observndose que aluminio y aleacin son ms livianos que aluminio acero y mucho ms que el cobre.DIMENSIONAMIENTO MECANICOEl conductor est sometido a distintas condiciones de carga, y en cada condicin no se debe superar cierto lmite de tensin mecnica, la norma VDE 0210 fija los siguientes lmites: Tabla 25 - Tensiones mecnicas (en Newton/mm2)La componente horizontal de la tensin de traccin no debe superar la mxima tensin de traccin admisible de la tabla en las siguientes condiciones:- Temperatura - 5 gr C. y cargas adicionales normales (hielo)- Temperatura - 20 gr C. sin cargas adicionales ni viento.- Temperatura + 5 gr C. y carga del vientoDebe verificarse que la tensin de traccin en el punto de suspensin del conductor no supere el valor mximo admisible en ms del 5% (esto se presenta con flechas menores del 4%)Se debe respetar la mxima tensin de traccin prolongada en los siguientes casos:- Temperatura - 5 gr C. y 3 veces la carga adicional normal o 2 veces la carga adicional incrementada- Temperatura - 5 gr C. y carga adicional normal con carga de viento.- Temperatura + 5 gr C. y carga adicional incrementada con carga de vientoLa carga adicional (del hielo) normal es (5 + 0.1 d) Newton/m siendo d el dimetro del conductor en mm.Cuando se dice carga adicional incrementada se aplica un factor (mltiplo), para determinar este factor se toman en consideracin observaciones histricas de las condiciones topogrficas y meteorolgicas en la zona de la lnea.La carga adicional en los aisladores es 50 N/m de cadena, para otros elementos se supone una capa de 1 cm con hielo de 0.0075 N/cm3La carga del viento sobre conductores es:W = Cf * d * L * V^2 / 1600siendo: Cf coeficiente aerodinmico; d dimetro; L vano; V velocidad del viento. Para vanos mayores de 200 m, el vano a los fines del viento se considera reducido segn la siguiente expresin: 80 + 0.6 * L Por ejemplo un vano de 500 m queda de 380 m.La norma VDE fija la presin dinmica en funcin de la altura, el valor caracterstico para lneas hasta 40 m de altura es 0.53 KN/m2, que corresponde a 29.1 m/s, 105 km/h. El mximo para 200 m de altura es 0.95 KN/m2, 140 km/h.Vale aqu la observacin de que la norma fija velocidades de viento que pueden considerarse moderadas, no es entonces aplicable sin cuidadosas correcciones a lugares donde el viento escapa a estas consideraciones, o viceversa, no se trata de dar simplemente al viento un valor ms y ms alto... sin un serio soporte de mediciones y un claro significado del valor adoptado (rfaga, viento permanente...).Efectivamente la norma dice que en regiones especialmente afectadas por viento se debe fijar una carga con viento incrementado correspondiente a condiciones locales.- Para la temperatura media anual (10 gr C) y sin viento la componente horizontal de la tensin de traccin no debe superar la tensin de traccin media de la tabla, en casos aislados el valor se puede superar en hasta un 25% dependiendo de la conformacin de los puntos de suspensin y de la efectividad de los dispositivos antivibrantesLas corrientes de aire laminares inducen vibraciones en los conductores que pueden conducir finalmente a rotura por fatiga del conductor, la frecuencia e intensidad de las vibraciones dependen del material, formacin y seccin del conductor, el valor de la tensin de traccin en el estado de temperatura media anual, de las condiciones locales de terreno y viento, de la conformacin de los puntos de apoyo y de los accesorios utilizados, magnitud del vano y altura del conductor sobre el terreno.Respetando la tensin de traccin media (e.d.s. tensin de todos los das) se minimiza el riesgo de daos al conductor, cuando adems las condiciones ambientes no son extremas y la conformacin de los puntos de suspensin es adecuada.Cuando se presentan vibraciones se pueden utilizar dispositivos antivibrantes adicionales, los conductores de tipo aluminio o aleacin de aluminio (material homogneo) o de aluminio acero con reducido porcentaje de acero, con dimetros mayores de 25 mm, y con vanos mayores de 500 m presentan mayor tendencia a las vibraciones.Cuando la tendencia a las vibraciones es muy probable, se debe elegir una adecuada forma constructiva de los puntos de apoyo (morsetos) y/o prever dispositivos antivibrantes.

CUADRO DE REGULACIN EN MEDIA TENSIN

INGENIERO DISEADOR:MP: