MINISTERIO DE ENERGIA Y MINASDireccin Ejecutiva de Proyectos

Norma : MEM/DEP 501

BASES PARA EL DISEO DE LINEAS y REDES PRIMARIAS

Versin 2003 - 0

NORMA DEP/MEM - 501

BASES PARA EL DISEO DE LINEAS Y REDES PRIMARIAS

INIDCE

1. OBJETIVO

2. ASPECTOS GENERALES

3. DISTANCIAS MINIMAS DE SEGURIDAD

4. CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR

5. CALCULOS MECANICOS DE POSTES Y CRUCETAS

6. CALCULOS ELECTRICOS

7. PERDIDAS DE POTENCIA Y ENERGIA POR EFECTO JOULE

8. DETERMINACION DEL NIVEL DE AISLAMIENTO DE LINEAS PRIMARIAS

9. DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES AEREOS POR CAPACIDADTERMICA FRENTE A LOS CORTOCIRCUITOS

10. PUESTA A TIERRA EN LINEAS Y REDES PRIMARIAS

11. PUESTA A TIERRA DE SUBESTACIONES DE DISTRIBUCIN ENPROYECTOS DE ELECTRIFICACION RURAL

BASES PARA EL DISEO DE LINEAS Y REDES PRIMARIAS

1.0 OBJETIVO

Estas bases definen las condiciones tcnicas mnimas para el diseo de lneas y redes primarias areas en 22,9 kV y 22,9/13,2 kV, de tal manera quegaranticen los niveles mnimos de seguridad para las personas y laspropiedades, y el cumplimiento de los Requisitos exigidos para un sistema econmicamente adaptado.

Estas bases se aplicarn en la elaboracin de los Estudios de IngenieraDefinitiva y Detalle de los proyectos de lneas y redes primarias comprendidas en el Plan de Electrificacin Nacional.

2.0 ASPECTOS GENERALES

2.1 ALCANCE

El diseo de Lneas y Redes Primarias comprende tambin etapas previas al diseo propiamente dicho, el cual consiste la determinacin de la Demanda Elctrica(o mercado elctrico) del Sistema(que define el tamao o capacidad), Anlisis y definicin de la Configuracin Topolgica del Sistema, Seleccin de los Materiales y Equipos. El diseo propiamente se efecta cuando se ha definido la topografa, tanto de las Lneas Primarias como de las Redes. El diseo comprende: Clculos Elctricos, Clculos Mecnicos, Clculo deCortocircuito y Coordinacin de Proteccin, Clculo de Puesta a Tierra, Clculo de la Cimentacin. Estos Anlisis forman parte de los ClculosJustificativos del Diseo de las Lneas y Redes Primarias, para los Proyectos Elctricos denominados Pequeos Sistemas Elctricos, que en algunoscasos incluyen Subestaciones de Potencia..

2.2 BASES DE CALCULO

Los clculos de las Lneas y Redes Primarias debern cumplir con lassiguientes normas y disposiciones legales:

En la elaboracin de estas bases se han tomado en cuenta las prescripciones de las siguientes normas:

- Cdigo Nacional de Electricidad Suministros 2001

- Ley de Concesiones Elctricas N 25844- Reglamento de la Ley de Concesiones Elctricas N 25844- Normas DGE/MEM, vigentes- Resoluciones Ministeriales(relativo a Sistemas Elctricos para tensiones

entre 1 y 36 kV- Media Tensin), vigentes.- Normas DEP/MEM 501 Bases para el Diseo de Lneas y Redes

Primarias- Normas DEP/MEM 311 Especificaciones tcnicas para el Suministro de

Materiales y Equipos de Lneas y RedesPrimarias

- Normas DEP/MEM 312 Especificaciones tcnicas de montaje paraLneas y Redes Primarias, Diseos deArmados y detalles.

En forma complementaria, se han tomado en cuenta las siguientes normas internacionales:

- NESC (NATIONAL ELECTRICAL SAFETY CODE)

- REA (RURAL ELECTRIFICATION ASSOCIATION)

- U.S. BUREAU OF RECLAMATION - STANDARD DESIGN

- VDE 210 (VERBAND DEUTSCHER ELECTROTECHNIKER)

- IEEE (INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICSENGINEERS)

- CIGRE (CONFERENCE INTERNATIONAL DES GRANDSRESSEAUX ELECTRIQUES)

- NORMA BRASILEA DE LINEAS DE TRANSMISION

- ANSI (AMERICAN NATIONAL STANDARD INSTITUTE)

- IEC (INTERNATIONAL ELECTROTECNICAL COMISSION)

2.3 PUNTOS DE ALIMENTACION PARA LINEAS Y REDESPRIMARIAS

Los Puntos de Alimentacin para las Lneas y Redes Primarias quesuministrarn de energa elctrica a las localidades que conforman un Sistema Elctrico en Media Tensin sern otorgados por las Empresas Concesionarias dentro del mbito de su concesin. En zonas donde no haya concesionario, ser definido por la DEP/MEM.

3.0 DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD

3.1 SEPARACIN MNIMA HORIZONTAL O VERTICAL ENTRECONDUCTORES DE UN MISMO CIRCUITO EN LOS APOYOS:

D = 0,70 m

Esta distancia es vlida tanto para la separacin entre 2 conductores de fase como entre un conductor de fase y uno neutro.

3.2 DISTANCIA MNIMA ENTRE LOS CONDUCTORES Y SUSACCESORIOS BAJO TENSIN Y ELEMENTOS PUESTOS ATIERRA

D = 0.20 m

Esta distancia no es aplicable a conductor neutro

3.3 DISTANCIA HORIZONTAL MNIMA ENTRE CONDUCTORES DE UN MISMO CIRCUITO A MITAD DE VANO

D = 0,0076 (U) (FC) + 0,65 f

Donde :

U = Tensin nominal entre fases, kVFC = Factor de correccin por altitudf = Flecha del conductor a la temperatura mxima prevista, m

Notas:

1- Cuando se trate de conductores de flechas diferentes, sea por tener distintas secciones o haberse partido de esfuerzos EDS diferentes, se tomar la mayor de las flechas para ladeterminacin de la distancia horizontal mnima.

2. Adems de las distancias en estado de reposo, se deberverificar, tambin, que bajo una diferencia del 40% entre laspresiones dinmicas de viento sobre los conductores mscercanos, la distancia D no sea menor que 0,20 m .

3.4 DISTANCIA VERTICAL MNIMA ENTRE CONDUCTORES DEUN MISMO CIRCUITO A MITAD DE VANO :

- Para vanos hasta 100 m : 0,70 m- Para vanos entre 101 y 350 m : 1,00 m- Para vanos entre 350 y 600 m : 1,20 m- Para vanos mayores a 600 m : 2,00 m

En estructuras con disposicin triangular de conductores, donde dos de stos estn ubicados en un plano horizontal, solo se tomar en cuenta la separacin horizontal de conductores si es que el conductor superior central se encuentra a una distancia vertical de 1,00 m o 1,20 m (Segn la longitud de los vanos) respecto a los otros 2 conductores:

En lneas con conductor neutro, deber verificarse, adicionalmente, la distancia vertical entre el conductor de fase y el neutro para la condicin sin viento y mxima temperatura en el conductor de fase, y temperatura EDS en elconductor neutro. En esta situacin la distancia vertical entre estos dosconductores no deber ser inferior a 0,50 m. Esta verificacin deberefectuarse, tambin, cuando exista una transicin de disposicin horizontal a disposicin vertical de conductores con presencia de conductor neutro.

3.5 DISTANCIA HORIZONTAL MNIMA ENTRE CONDUCTORES DE DIFERENTES CIRCUITOS

Se aplicar la misma frmula consignada en 3.3.

Para la verificacin de la distancia de seguridad entre dos conductores de distinto circuito debido a una diferencia de 40% de las presiones dinmicas de viento, deber aplicarse las siguientes frmulas:

D = 0,00746 (U) (FC), pero no menor que 0,20 m

Donde :

U= Tensin nominal entre fases del circuito de mayor tensin, en kVFC = Factor de correccin por altitud

3.6 DISTANCIA VERTICAL MNIMA ENTRE CONDUCTORES DEDIFERENTES CIRCUITOS

Esta distancia se determinar mediante la siguiente frmula:

D = 1,20 + 0,0102 (FC) (kV1 + kV2 - 50)

Donde :

kV1= Mxima tensin entre fases del circuito de mayor tensin, en kVkV2= Mxima tensin entre fases del circuito de menor tensin, en kV.

Para lneas de 22,9 kV y 22,9/13,2 kV, esta tensin ser 25 kV FC = Factor de correccin por altitud

La distancia vertical mnima entre lneas de 22,9 kV y lneas de menor tensin ser de 1,00 m.

3.7 DISTANCIA MNIMAS DEL CONDUCTOR A LA SUPERFICIEDEL TERRENO

- En lugares accesibles slo a peatones 5,0 m- En laderas no accesibles a vehculos o personas 3,0 m- En lugares con circulacin de maquinaria agrcola 6,0 m- A lo largo de calles y caminos en zonas urbanas 6,0 m- En cruce de calles, avenidas y vas frreas 7,0 m

Notas :

- Las distancias mnimas al terreno consignadas en el numeral 3.7 son verticales y determinadas a la temperatura mxima prevista, conexcepcin de la distancia a laderas no accesibles, que ser radial y determinada a la temperatura en la condicin EDS final y declinacin con carga mxima de viento.

- Las distancias slo son vlidas para lneas de 22,9 y 22,9/13,2 kV.

- Para propsitos de las distancias de seguridad sobre la superficie del terreno, el conductor neutro se considera igual en un conductor de fase.

- En reas que no sean urbanas, las lneas primarias recorrern fuera de la franja de servidumbre de las carreteras. Las distancias mnimas del eje de la carretera al eje de la lnea primaria sern las siguientes:

. En carreteras importantes 25 m

. En carreteras no importantes 15 m

Estas distancias debern ser verificadas, en cada caso, en coordinacin con la autoridad competente.

3.8 DISTANCIAS MNIMAS A TERRENOS ROCOSOS O ARBOLES AISLADOS

- Distancia vertical entre el conductor inferior y los rboles : 2,50 m

- Distancia radial entre el conductor y los rboles laterales : 0,50 m

Notas :

- Las distancias verticales se determinarn a la mxima temperaturaprevista.

- Las distancias radiales se determinarn a la temperatura en la condicin EDS final y declinacin con carga mxima de viento.

- La distancias radiales podrn incrementarse cuando haya peligro que los rboles caigan sobre los conductores.

3.9 DISTANCIAS MNIMAS A EDIFICACIONES Y OTRASCONSTRUCCIONES

No se permitir el paso de lneas de media tensin sobre construcciones para viviendas o que alberguen temporalmente a personas, tales como camposdeportivos, piscinas, campos feriales, etc.

- Distancia radial entre el conductor y paredes y otras estructuras no accesibles 2,5 m

- Distancia radial entre el conductor y parte de una edificacin normalmente accesible apersonas incluyendo abertura de ventanas,balcones y lugares similares 2,5 m

- Distancia radial entre el conductor y antenas o distintos tipos de pararrayos 3,0 m

Notas :

. Las distancias radiales se determinarn a la temperatura en la condicin EDS final y declinacin con carga mxima de viento.

4.0 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR

4.1 OBJETIVO

Estos clculos tienen el objetivo de determinar las siguientes magnitudesrelativas a los conductores de lneas y redes primarias areas en todas las hiptesis de trabajo:

- Esfuerzo horizontal del conductor- Esfuerzo tangencial del conductor en los apoyos- Flecha del conductor- Parmetros del conductor- Coordenadas de plantillas de flecha mxima (slo en hiptesis de

mxima temperatura)- Angulos de salida del conductor respecto a la lnea horizontal, en los

apoyos.- Vano - peso de las estructuras- Vano - medio de las estructuras

4.2 CARACTERSTICAS DE LOS CONDUCTORESNORMALIZADOS

4.2.1 Material de los Conductores

Los conductores para lneas y redes primarias areas sern de aleacin dealuminio (AAAC), fabricados segn las prescripciones de las normas ASTM B398, ASTM B399 o IEC 1089.

En casos especiales, cuando se trate de reas geogrficas prximas al mar o de zonas que presenten alto grado de contaminacin, podrn utilizarseconductores de aleacin de aluminio engrasados o conductor de cobre concubierta de polietileno. En estos casos los Consultores presentarn lajustificacin pertinente que se basar en normas internacionales, experiencias de Empresas de Electricidad Nacionales o Extranjeras.

4.2.2 Caractersticas Mecnicas de los Conductores de Aleacin deAluminio Normalizados (Sin Grasa)

- Seccin (mm2) 25 35 50 70 95

- N de Alambres 7 7 7 19 19

- Dimetro exterior (mm) 6,3 7,5 9,0 10,5 12,5

- Dimetro alamb res (mm) 2,1 2,5 3,0 2,1 2,5

- Masa total (kg/m) 0,067 0,094 0,135 0,181 0,250

- Coef. de expansin Trmica (1/C) 2,3 x 10 -6

- Mdulo de Elasticidad Final (N/mm2) 60760

- Esfuerzo en rotura (N/mm2) 295,8

4.3 ESFUERZOS MXIMOS EN EL CONDUCTOR

4.3.1 Esfuerzos del Conductor en la Condicin EDS

Las Normas Internacionales y las Instituciones vinculadas a la investigacin respecto al comportamiento de los conductores, recomiendan que en lneas con conductores de aleacin de aluminio sin proteccin antivibrante losesfuerzos horizontales que se tomarn de modo referencial, sern lossiguientes: En la condicin EDS inicial 18% del esfuerzo de rotura del

conductor(UTS) En la condicin EDS final 15% del esfuerzo de rotura del

conductor(UTS)

Los Consultores determinarn en cada caso, los esfuerzos que garanticen una adecuada operacin, tomando en cuenta la necesidad del uso deamortiguadores.

Para conductores de seccin igual o menor que 95 mm2 se considera un esfuerzo de rotura promedio de 300 N/mm2

4.3.2 Esfuerzos mximos en el Conductor

Los esfuerzos mximos en el conductor son los esfuerzos tangenciales que se producen en los puntos ms elevados de la catenaria. Para los conductores de aleacin de aluminio no deben sobrepasar el 60% del esfuerzo de rotura, es decir: 180 N/mm2

4.4 HIPTESIS DE ESTADO

Las hiptesis de estado para los clculos mecnicos del conductor se definen sobre la base de los siguientes factores:

- Velocidad de viento- Temperatura- Carga de hielo

Sobre la base de la zonificacin y las cargas definidas por el Cdigo Nacional de Electricidad, se considerarn las siguientes hiptesis:

HIPOTESIS 1 : Condicin de mayor duracin (EDS inicial)

- Temperatura : media anual- Velocidad de viento : nula- Sobrecarga de hielo : nula

HIPOTESIS 2 : Condicin de mayor duracin (EDS final)

- Temperatura : media anual- Velocidad de viento : nula- Sobrecarga de hielo : nula

HIPOTESIS 3 : De mnima temperatura- Temperatura : mnima- Velocidad de viento : nula- Sobrecarga de hielo : nula

HIPOTESIS 4 : De mxima velocidad del viento- Temperatura : media- Velocidad de viento : mxima- Sobrecarga de hielo : nula

HIPOTESIS 5 : De mxima carga de hielo- Temperatura : mnima- Velocidad de viento : nula- Sobrecarga de hielo : 6 mm de espesor

HIPOTESIS 6 : De mxima Temperatura- Temperatura : mxima + CREEP- Velocidad de viento : nula- Sobrecarga de hielo : nula

Mientras no se establezca una metodologa para el tratamiento del fenmeno CREEP, se considerar una temperatura equivalente de 10C, por tanto, en la localizacin de estructuras se tendr en cuenta este incremento detemperatura.

4.5 FRMULAS CONSIDERADAS

4.5.1 Ecuacin de cambio de estado

T302 - [T01 - d2 E w2R1 - E (t2 - t1) ] T202 = d2 E W2 R2 24 S2 T012 24 S2

4.5.2 Esfuerzo del conductor en el extremo superior derecho Formula exacta :

TD = TO Cosh (XD) p

Frmula aproximada:

TD = TO2 + (XD. WR)2

4.5.3 Esfuerzo del conductor en el extremo superior izquierdo Frmula exacta :

TI = TO Cosh (XI) p

Frmula Aproximada :

TI = TO2 + (XI. WR)2

4.5.4 Angulo del Conductor Respecto a la Lnea Horizontal, en el Apoyoderecho

D = cos-1 (To/TD)4.5.5 Angulo del Conductor Respecto a la Lnea Horizontal, en el Apoyo

izquierdo

I = cos-1 (To/TI)

4.5.6 Distancia del Punto mas bajo de la catenaria al Apoyo Izquierdo

Frmula Exacta :

dXI = -p [senh -1 h/d - tg h-1 (cosh ( p) -1)]

(Sen2 h(d ) - (Cos h( d )-1)2 ) senh( d )

p p p

Frmula Aproximadas

XI = d ( 1 + h ) ; XI = d - (TO) (h)2 4f 2 WR d

4.5.7 Distancia del Punto ms bajo de la catenaria al apoyo derecho

XD = d - XI

4.5.8 Longitud del Conductor

Frmula Exacta

L = (2 p senh d )2 + h2 2p

Frmula Aproximada:

L = d + 8 f2. cos3 ; cos = 1 . cos 3 d 1+ ( h /d)2

4.5.9 Flecha del Conductor en terreno sin desnivel

Frmula Exacta

f = p (cosh d - 1) 2p

Frmulas Aproximadas

f = WR d2 ; f = d2

8 To 8p

4.5.10 Flecha del Conductor en terreno desnivelado

Frmula Exacta:

f = p [cos h (XI) - cos h ( d - XI) / p] + h p 2 2

Frmulas Aproximadas:

f = WR d2 1 + ( h/d ) 2 ; f = d2 1 + ( h/d )28To 8P

4.5.11 Saeta del Conductor

Frmula Exacta

s = p (Cos h ( XI ) - 1 ) p

Frmula Aproximada :

s = f ( 1 - h ) 2 ; s = XI 2

4f 2p

4.5.12 Carga Unitaria Resultante en el Conductor

WR = [Wc + 0,0029 ( + 2c)] 2 + [ Pv ( + 2c )]21000

Pv = 0,041 (Vv)2

4.5.13 Vano - Peso

Vp = XD (i) + XI (i + 1)

4.5.14 Vano - Medio (Vano - Viento)

VM = di + d (i + 1)2

4.5.15 Vano Equivalente

a) Para Localizacin de Estructuras en el Perfil de la LneaEn estructuras con aisladores tipo PIN o aisladores rgidos, en general, el vano equivalente ser igual a cada vano real; es decir, habrn tantos vanos equivalentes como vanos reales existan.

En estructuras con cadenas de aisladores, el vano equivalente es nico para tramos comprendidos entre estructuras de anclaje y a este vano equivalente corresponder un esfuerzo horizontal (To) constante.

La frmula del vano equivalente en este caso es :

Veq. = di3 Cos (di / cos )

b) Para Elaboracin de Tabla de Tensado

Se aplicar la frmula consignada, tanto para lneas con aisladores rgidos como con cadenas de aisladores de suspensin.

4.5.16 Simbologa y Esquema Considerado

T01 Esfuerzo horizontal en el conductor para la condicin 1, en N/mm2

T02 Esfuerzo horizontal en el conductor para la condicin 2, en N/mm2

d Longitud del vano en mE Mdulo de Elasticidad final del conductor, en N/mm2S Seccin del conductor, en mm2Wc Peso del conductor, en N/mt1 Temperatura del conductor en la condicin 1t2 Temperatura del conductor en la condicin 2 Coeficiente de expansin trmica, en 1/Ch Desnivel del vano, en mp Parmetro del conductor, en m Dimetro del conductor, en mPv Presin de viento, en Pae Espesor de hielo sobre el conductor, en mVv Velocidad de viento, en km/h

Notas :- Para vanos menores de 300 m, relacin vano/desnivel menores que

0,2 y flechas inferiores al 5% de la longitud del vano, se podr asumir que el conductor adopta la forma de la parbola y aplicarse lasfrmulas aproximadas. Para vanos mayores a 300 m o cuando se tengan flechas mayores al 5% de la longitud del vano, cuando la relacin desnivel/vano sea mayor que 0,2, se aplicarn,necesariamente, las frmulas exactas de la catenaria.

5. CALCULOS MECANICOS DE POSTES Y CRUCETAS

5.1 OBJETO

Estos Clculos tienen por objeto determinar las cargas mecnicas en postes, cables de retenida y sus accesorios, de tal manera que en las condiciones ms crticas, no se supere los esfuerzos mximos previstos en el Cdigo Nacional de Electricidad y complementariamente en las Normas Internacionalessealadas en el captulo 1.

5.2 FACTORES DE SEGURIDAD

Los factores de seguridad mnimas respecto a las cargas de rotura sern las siguientes:

a) En condiciones normales- Poste de madera 2,2- Poste de concreto 2- Cruceta de madera 4

b) En condiciones anormales con rotura de conductorEn lneas y redes primarias de electrificacin rural, no se considera hiptesis de rotura de conductor .

Para los postes de madera o concreto, los factores de seguridad mnimos consignados son vlidos tanto para cargas de flexin como de compresin (pandeo)

5.3 FRMULAS APLICABLES

- Momento debido a la carga del viento sobre los conductores:

MVC = (PV) (d) (C) ( hi) Cos 2

- Momento debido a la carga de los conductores:

MTC = 2 (TC) ( hi) sen 2

- Momento debido a la carga de los conductores en estructurasterminales:

MTR = TC ( hi)

- Momento debido a la carga del viento sobre la estructura

MVP = [(Pv) (hl)2 (Dm + 2 Do) ] /600

- Momento debido al desequilibrio de cargas verticales

MCW = (BC) [(WC) (d) (Kr) + WCA + WAD]

- Momento total para hiptesis de condiciones normales, en estructura de alineamiento, sin retenidas :

MRN = MVC + MTC + MCW + MVP

- Momento total en estructuras terminales

MRN = MTC + MVP

- Esfuerzo del poste de madera en la lnea de empotramiento, en hiptesis de condiciones normales:

RH = MRN . 3,13 x 10-5 x (C)3

- Carga crtica en el poste de madera debida a cargas de compresin:

Pcr = 2 E I I = Dm3 Do(kl)2 64

- Deflexin Mxima del Poste de Madera:

- Carga en la punta del poste de concreto, en hiptesis de condiciones normales:

QN = MRN . (hl - 0,15)

- Esfuerzo a la flexin en crucetas de madera :

RC = Ma ; WS = b(hc)2 ; Ma = ( Qv) (Bc)WS 6

5.4 CARACTERSTICAS DE LOS POSTES DE MADERA

- Longitud (m) 12 12

- Clase 6 5

- Dimetro en la cima (cm) 12,1 14,3

- Dimetro en la lnea de empotramiento (cm) 22,6 24,2

- Carga de rotura del posteen la cima (N) 6671 8437

- Esfuerzo mximo a la flexin (MPa) 40 40

5.5 CARACTERSTICAS DE LOS POSTES DE CONCRETO

- Longitud (m) 12 12

%43

EI

MRN?

- Carga de trabajoa 0,15 m de la cima (daN) 300 400

- Dimetro en la cima (cm) 16 16

- Dimetro en la base (cm) 34 35,5

5.6 SIMBOLOGA

Pv = Presin del viento sobre superficies cilndricas, en Pad = Longitud del vano-viento, en mTc = Carga del conductor, en Nc = Dimetro del conductor, en m = Angulo de desvo topogrfico, en gradosDo = Dimetro del poste en la cabeza, en cmDm = Dimetro del poste en la lnea de empotramiento, en cmhl = Altura libre del poste, en mhi = Altura de la carga i en la estructura con respecto al terreno, en

mBc = Brazo de la cruceta, en mhA = Altura del conductor roto, respecto al terreno, en mBc = Brazo de la cruceta, en mKr = Relacin entre el vano-peso y vano-vientoRc = Factor de reduccin de la carga del conductor por rotura:

0,5 (segn CNE)Wc = Peso del conductor, en N/mWCA = Peso del aislador tipo Pin o cadena de aisladores, en NWAD = Peso de un hombre con herramientas, igual a 1 000 NC = Circunferencia del poste en la lnea de empotramiento en cmE = Mdulo de Elasticidad del poste, en N/cm2I = Momento de inercia del poste, en cm2k = Factor que depende de la forma de fijacin de los extremos

del postel = Altura respecto al suelo del punto de aplicacin de la retenidahc = Lado de cruceta paralelo a la carga, en cmb = Lado de cruceta perpendicular a la carga, en cm QV = Sumatoria de cargas verticales, en N (incluye peso de aislador,

conductor y de 1 hombre con herramientas).

6.0 CALCULOS ELECTRICOS

6.1 CARACTERSTICAS ELCTRICAS DEL SISTEMA

Para los efectos del diseo elctrico de lneas y redes primarias se tendrn en cuenta las siguientes caractersticas.

- Tensin nominal de la red 22,9 kV

- Tensin mxima de servicio 25,0 kV

- Frecuencia nominal 60 Hz

- Factor de potencia 0,90 (atraso)

- Conexin del neutro Efectivamente puesta a tierra

- Potencia de cortocircuito mnima 250 MVA

- Nivel isocerunico:. Hasta 3000 m.s.n.m. Nulo. De 3001 a 4000 m.s.n.m 30. De 4001 m.s.n.m. hasta arriba 60. En zonas de Selva de altitud menor a 1000 m.s.n.m. 60

6.2 CLCULO DE CADA DE TENSIN

6.2.1 Parmetros de los conductores

a) Resistencia de los conductores a la temperatura de operacin secalcular mediante la siguiente frmula.

R1 = R20 [1 + 0,0036 (t - 20)]

R20 = Resistencia del conductor en c.c. a 20C, en ohm/km t = 20C

t = Temperatura mxima de operacin, en C.

En el Cuadro N 6.1 se consignan los valores de resistencia de los conductores a 20 C y 40 C.

b) Reactancia inductiva para sistema trifsico equilibradosLas frmulas a emplearse sern las siguientes:

L = 377 (0,5 + 4,6 Log. DMG) x 10-4, en ohm/km (r)

DMG = Distancia media geomtrica, e igual a 1.20 m

r = radio del conductor, en m

Los valores calculados se muestran en el Cuadro N 6.2

c) Reactancia Inductiva para sistemas monofsicos a la tensin entre fases

La frmula es la misma que para sistema trifsicos, pero la distancia media geomtrica (DMG) ser igual a 2,20 m

Los valores calculados se consignan en el Cuadro N 6.2

d) Reactancia inductiva para sistemas monofsicos a la tensin de fase

La frmula es la misma que para sistemas trifsicos, pero la distancia media geomtrica (DMG) ser igual a 1,20 m

Los valores calculados se consignan en el Cuadro N 6.2

e) Reactancia inductiva equivalente para sistemas monofsicos conretorno total por tierra.

XLT = 0,1734 log De, en Ohm/km Ds

De = 85 : Dimetro equivalente, en mDs = Radio equivalente del conductor, e igual a 2,117 r

para conductor de 7 alambres .

= Resistividad elctrica del terreno, se considera 250 Ohm - m

r = Radio del alambre del conductor, en m

Los valores calculados para los conductores de probable uso, se consignan en el Cuadro N 6.2.

6.2.2 Clculos de cada de tensina) Para sistemas trifsicos :

V % = PL (r1 + 1 tg )10VL2

V % = K1 PL ; K1 = r1 + X1 tg 10 VL2

b) Para sistemas monofsicos a la tensin entre fases:

V % = PL (r1 + X2 tg )10V2L

V % = K2 PL ; K2 = r1 + X2 tg 10 VL2

c) Para sistema monofsicos para sistemas monofsicos a la tensin de fase : V % = PL (r1 + 3 tg )

10Vf2

V % = K3 PL ; K3 = r1 + X3 tg 10 Vf2

d) Para sistemas monofsicos con retorno total por tierra % = PL (r1 + Xt tg )

10Vf2

% = Kt PL ; Kt = r1 + Xt tg 10 Vf2

6.2.3 Simbologa:

V % = Cada porcentual de tensin.P = Potencia, en kWL = Longitud del tramo de lnea, en kmVL = Tensin entre fases, en kVVf = Tensin de fase - neutro, en kVr1 = Resistencia del conductor, en ohm / km 1 = Reactancia inductiva para sistemas trifsicos en

ohm/km 2 = Reactancia inductiva para sistemas monofsicos a

latensin entre fases, en ohm / km 3 = Reactancia inductiva para sistemas monofsicos a la

tensin fase - neutro

t = Reactancia inductiva para sistema monofsicos conretorno total por tierra

= Angulo de factor de potenciaK = Factor de cada de tensin

CU

AD

RO

N

6.1

PAR

AM

ETR

OS

DE

CO

ND

UC

TOR

ES Y

FA

CTO

RES

DE

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IDA

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ist. E

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C (O

hm/k

m)

Res

ist.

Elc

tric

aa

40C

(Ohm

/km

)X

1

(Ohm

/km

)

25 35 50 70 95

7 7 7 19 19

6,3

7,5

9,0

10,5

12,5

2,1

2,5

3,0

2,1

2,5

1,37

00,

966

0,67

10,

507

0,35

8

1,46

91,

036

0,71

90,

544

0,38

4

0,47

0,45

0,44

0,43

0,41

CU

AD

RO

N

6.2

PAR

AM

ETR

OS

DE

CO

ND

UC

TOR

ES Y

FA

CTO

RES

DE

CA

IDA

DE

TEN

SIO

N

(Con

tinua

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SEC

CIO

NX

2

(ohm

/km

)X

3

(ohm

/km

)X

t

(ohm

/km

)K

1

(x 1

0-4 )

K2

(x 1

0-4 )

K3

(x 1

0-4 )

Kt

(x 1

0-4 )

25 35 50 70 95

0,51

0,50

0,49

0,47

0,46

0,47

0,45

0,44

0,43

0,41

1,00

40,

988

- - -

3,23

12,

387

1,77

41,

431

1,10

8

3,26

82,

433

1,82

01,

468

1,15

3

9,72

67,

185

5,33

94,

307

3,33

3

11,1

978,

668

- - -

7.0 PERDIDAS DE POTENCIA Y ENERGIA POREFECTO JOULE

Las prdidas de potencia y energa se calcularn utilizando las siguientes frmulas :a) Prdidas de potencia en circuitos trifsicos:

PJ = P2 (r1) L , en kW1000 VL2 (Cos2 )

b) Prdidas de potencia en circuito monofsicos a la tensin entre fases:

PJ = 2 P2 (r1) L , en kW1000 VL2 (Cos )2

c) Prdidas de potencia en circuitos monofsicos a la tensin de fase :

PJ = 2 P2 (r1) L , en kW1000 Vf2 (Cos2 )

d) Prdidas de potencia en circuitos monofsicos con retorno total por tierra:

PJ = P2 (r1) L , en kW1000 Vf2 (Cos2 )

e) Prdidas anuales de energa activa:

EJ = 8760 (PJ) (FP), en kWh

FP = 0,15 FC + 0,85 FC2 (Ver nota)

Donde :P = Demanda de potencia, en kWr1 = Resistencia del conductor a la temperatura de

operacin, en Ohm/kmL = Longitud del circuito o tramo del circuito, en kmVL = Tensin entre fase, en kVVf = Tensin fase - neutro, en kV = Angulo de factor de potenciaFP = Factor de prdidasFC = Factor de carga

Nota : En caso de conocerse el diagrama de carga anual y su proyeccin, el factor de carga y el factor de prdidas se obtendrn a partir de tales diagramas.

8.0 DETERMINACION DEL NIVEL DE AISLAMIENTODE LINEAS PRIMARIAS

8.1 CRITERIOS PARA LA SELECCIN DEL NIVEL DELAISLAMIENTOLos criterios que debern tomarse en cuenta para la seleccin del aislamiento sern las siguientes :

- Sobretensiones atmosfricas- Sobretensiones a frecuencia industrial en seco- Contaminacin ambiental

En el Cuadro N 8.1 se muestran los niveles de aislamiento que se aplicarn a la lnea, redes primarias en condiciones standard :

CUADRO N 8.1

Tensin nominal entre fase

(kV)

Tensin mxima entre fases

(kV)

Tensin de sostenimiento a la onda 1,2/50 entre

fases y fase a tierra (kVp)

Tensin de sostenimiento a

frecuencia industrial entre fases y fase-

tierra (kV)

22,9/13,2 25/14,5 125 50

22,9 25 125 50

8.2 FACTOR DE CORRECCIN POR ALTITUD

Los niveles de aislamiento consignado en el Cuadro 8.1 son validas para condiciones atmosfricas estndares, es decir, para 1013x105 N/m2 y 20C.

Segn las recomendaciones de la Norma IEC 71-1, para instalacionessituadas a altitudes superiores a 1000 m.s.n.m., la tensin mxima de servicio deber ser multiplicada por un factor de correccin igual a :

FC = 1 + 1,25 (h -1000) x 10-4

Donde :

h = Altitud sobre el nivel del mar, en m

8.3 CONTAMINACIN AMBIENTAL

Deber verificarse el adecuado comportamiento del aislamiento frente a la contaminacin ambiental. Para ello, se tomar como base lasrecomendaciones de la Norma IEC 815 GUIDE FOR THE SELECTION OF INSULATORS IN RESPECT OF POLLUTED CONDITIONS

Para propsitos de normalizacin, se han definido las siguientes cuatro (04) niveles de contaminacin :

- Ligero- medio- pesado- muy pesado

La tabla I de la Norma IEC 815, consignada en el Cuadro N 8.1 adjunto, describe de forma aproximada los medios ambientes tpicos de cada nivel de contaminacin.

A cada nivel de contaminacin descrito en la Tabla I, corresponde un lnea de fuga especfica mnima, en mm por kV (fase a fase), relativa a la mxima tensin de servicio.

La Tabla II de la Norma IEC 815, consignada en el Cuadro N 8.2, muestra los niveles de contaminacin y las distancias de fuga especfica que deben aplicarse.

La mnima longitud de fuga de un aislador rgido (tipo pin) o cadena de aisladores conectado entre fase y tierra, se determinar de acuerdo al nivel de contaminacin del lugar, usando la siguiente relacin :

Mnima longitud de fuga = mnima longitud de fuga especfica (Tabla II) x mxima tensin de servicios entre fases corregida por altitud.

La verificacin de la longitud de la lnea de fuga se har en todos los casos. En ambientes limpios deber considerarse, al menos, la contaminacincorrespondiente al grado ligero (light)

8.4 TENSIONES DE SOSTENIMIENTO Y LNEAS DE FUGA DE LOS AISLADORES DE USO NORMALIZADO EN LNEAS Y REDES PRIMARIAS

En el Cuadro N 8.3 se consignan las tensiones de sostenimiento a frecuencia industrial y a impulso atmosfrico, as como las lneas de fuga de los aisladores tipo PIN y cadenas de aisladores cuyo uso est normalizado.

En el caso que los clculos llevados a cabo siguiendo el procedimientoestablecido en este documento, determinarn aisladores de caractersticas elctricas superiores a los consignados en el Cuadro N 8.3, los Consultores especificarn sus correspondientes caractersticas.

CUADRO N 8.3

NIVELES DE AISLAMIENTO

AISLADORTIPO PIN

CLASE 56-2

AISLADORTIPO PIN

CLASE 56-3

CADENA DE 2 AISLADORES

CLASE 52-3

CADENA DE 3 AISLADORES

CLASE 52-3- Tensin desostenimiento a laorden de impulso1,2/50 kVp

168 192 245 341

- Tensin desostenimiento afrecuencia industrial (kV)

110 125 155 215

- Lnea de fugatotal (mm) 432 533 584 876

9.0 DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTORES AEREOS POR CAPACIDAD TERMICA FRENTE A LOS CORTOCIRCUITOS

9.1. OBJETIVO

Estos clculos tienen por objeto verificar la capacidad de los conductores areos de aleacin de aluminio de soportar por tiempos muy breves el calor generado por los cortocircuitos.

El proceso de calentamiento por corriente de cortocircuito se considera de cortaduracin debido a los cortos tiempos de operacin de los dispositivos de proteccin. En estas condiciones se pueden aceptar que durante el tiempo de duracin del cortocircuito, no existe disipacin de calor, es decir, todo el calor producido se traduce encalentamiento.

9.2. METODOLOGIA DE CALCULO

El mtodo propuesto es el recomendado por la norma Alemana VDE103.

En la determinacin de los efectos trmicos producidos por los cortocircuitos, se parte del valor medio trmicamente efectivo de la corriente de cortocircuito Im, que se define como el valor eficaz de una corriente ideal (puede considerarse continua) que en el tiempo de 1 segundo genera el mismo calentamiento que la corriente de cortocircuito (componente alterna ms unidireccional) durante el tiempo total de eliminacin de la falla.

La VDE103 establece que :________

Im = Icco v (m + n) t

Donde :Icco : Corriente eficaz inicial de cortocircuitom : Influencia de la componente unidireccional a travs del factor N del

grfico mostrado en la fig. 1n : Influencia de la disminucin de Icco, segn el grfico mostrado en la

figura 2 t : Tiempo real de eliminacin de la falla en Seg

La temperatura mxima en conductores de aleacin de aluminio, durante el cortocircuito, y sometidos a esfuerzos de traccin mayores a 10 N/mm2, no debe sobre pasar de 160C.

Para la determinacin de la densidad mxima de corriente puede asumirse unatemperatura inicial de 40C.

Con las temperaturas inicial y mxima indicadas y su grfico de la VDE103 mostrado en la fig. 4, se determinan las densidades mximas de corriente que podrn alcanzarse.Luego la seccin del conductor se obtendr dividiendo el valor de Im calculado entre la densidad de corriente hallada.

9.3. CALCULO TIPICO

Se asumen los siguientes datos :Potencia de cortocircuito en el finito de falla : 200 MVATensin mnima de la red : 22,9 kV.Tiempo de eliminacin de la falla : 0,2 sRelacin R/X (N) : 0,3Relacin Icco/Iccp (I subtransitoria/Ipermanente) : 2,0

Icco = 200/(v3 x 22,9) = 5,05 KA

Para N = 0,3 de los grficos N 2 y 3 se determina: m = 0, n = 0,85luego :

____________Im = 5,05 v(0 + 0,85) (0,2)Im = 2,08 KA

Para una temperatura final de 160 C e inicial de 40 C, la densidad mxima admisible es 91A/mm2, por tanto, la seccin mnima de conductor de aleacin de aluminio que satisface esta exigencia es : 22,86 mm2 o sea 25mm2.

Fig 1 Reduccin de la corriente de cortocircuito de choque vs R/X

Fig. 2 m Miembro de CC Fig. 3 n miembro de C.A.

CA

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10.0 PUESTAS A TIERRA EN LINEAS Y REDES PRIMARIAS

10.1. OBJETIVO

Establecer los criterios para el dimensionamiento de las puestas a tierra en las lneas y redes primarias que ejecuta la DEP/MEM.

10.2. ANLISIS DE LOS CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS PUESTAS A TIERRA

Los criterios para el dimensionamiento de las puestas a tierra en lneas de media tensin, incluyendo las de electrificacin rural son los siguientes:a) Seguridad de las personasb) Operacin del sistemac) Descargas atmosfricasd) Facilidad para el recorrido a tierra de las corrientes de fuga.

A continuacin se analiza de cada uno de los criterios mencionados a fin de determinar cules deben ser los aplicables a las lneas y redes primarias de electrificacin rural.

Seguridad de las personasEste es el criterio ms exigente, puesto que toma en cuenta las tensiones de toque, paso y de transferencia; en consecuencia no solo es necesario obtener un bajo valor de la resistencia de puesta a tierra, sino tambin una adecuada configuracin de sta para reducir el gradiente de potencial. Este criterio solo se aplica a las subestaciones de distribucin. En las lneas primarias, sobre todo en las de electrificacin rural,debido a su recorrido por zonas con escaso trnsito de personas, no se toma en cuenta este criterio.

Operacin del sistemaSistemas con neutro corrido

En este tipo de sistemas, el criterio es el de obtener una resistencia equivalente total de todas las puestas a tierra, menor o igual a 3 ohmios para garantizar que durante una falla de fase a tierra, el fenmeno de desplazamiento del neutro no produzcasobretensiones importantes en las fases no falladas. A este respecto, el nuevo Cdigo Nacional de Electricidad y el NESC (National Electrical Safety Code) establecen que en las lneas primarias deben instalarse por lo menos 4 puestas a tierra por milla (1648 m), es decir, aproximadamente cada 3 estructuras, aunque no define valor alguno de resistencia de puesta a tierra. Sin embargo, un ejemplo podra demostrar que elobjetivo de una resistencia total reducida se cumple. De modo aproximado, si una lnea tuviese 20 puestas a tierra y que cada una presentase una resistencia de 60 ohmios, el valor equivalente sera aproximadamente 3 ohmios. Este criterio debe aplicarse con cuidado en las redes de corta longitud, generalmente asociadas a

pequeas centrales hidroelctricas que suministran energa a pocas localidades.

Sistemas sin neutro corrido con ramales monofsico a la tensin entre fases

Desde el punto de vista de la operacin del sistema, la puesta a tierra de lasestructuras de las lneas primarias no representa un papel importante, incluso podra prescindirse de ellas sin poner en riesgo la operacin del sistema.

Sistemas sin neutro corrido y con retorno total por tierra

En este tipo de sistemas, las nicas puestas a tierra importantes, desde el punto de vista de la operacin, son las que corresponden al neutro de la transformador de potencia y a la subestacin de distribucin; la subestacin de potencia presenta por lo general, resistencias menores a los 3 ohmios, por lo que realmente importa es la resistencia de puesta a tierra de la subestacin de distribucin.

Descargas atmosfricasDe manera general, las lneas primarias ubicadas en la sierra y selva, debido a los recorridos por zonas naturalmente apantallados por cerros o rboles estn msexpuestas a sobretensiones por descargas indirectas, que por descargas directas; en tal sentido, en lneas de electrificacin rural, solo se toma en cuenta las sobretensiones indirectas o inducidas.

Las normas norteamericanas y sudafricanas que han servido de base para lanormalizacin de la Coordinacin de Aislamiento en lneas de media tensin,establecen que las sobretensiones inducidas, por lo general, no superan el valor de 300 kV. Por lo tanto, para conseguir este valor, se aprovecha la caracterstica de aislante al impulso de la madera, mediante el uso de una parte del poste y la cruceta de madera, que sumado al aislamiento principal (de porcelana o polimrico) pueda obtenerse una tensin disrruptiva (CFO) entre 250 y 300 kV.

En sistemas con neutro corrido, las puestas a tierra dimensionadas para la operacin del sistema y descritos anteriormente, satisfacen, tambin, los requerimientos para la proteccin contra descargas atmosfricas.

En sistemas sin neutro corrido, el dimensionamiento de la puesta a tierra se ha basado en el Cdigo Nacional de Electricidad, en el NESC y en normas sudafricanas, estasltimas estn previstas para sistemas convencionales de media tensin ( nonecesariamente de electrificacin rural) y para zonas con intensas descargasatmosfricas. En vista que las lneas que proyecta la DEP/MEM se ubican en zonas con niveles isocerunicos menores de 40, se aplica el criterio de poner a tierra cada 3 estructuras.

Los tramos de lnea sin puesta a tierra presentan un nivel de aislamiento muy grande, sobre todo en sistemas monofsicos con retorno total por tierra, permitiendo que las

sobretensiones de elevado valor viajen por los conductores y lleguen a lassubestaciones de distribucin; por lo tanto, las 2 estructuras ms prximas a lasubestacin de distribucin debern necesariamente estar provistas de puestas a tierra para que la corriente de descarga a travs de los pararrayos no sea muy elevada.

En lneas primarias sin cable de guarda, el valor de resistencia de puesta a tierra no es importante; puede aceptarse, sin ningn inconveniente, valores hasta de 500 ohmios, por lo que no es necesario medir la resistividad elctrica del terreno, ni la resistencia de puesta a tierra luego de instalada.

En zonas no apantalladas por elementos naturales del terreno donde las lneas estn expuestas a descargas atmosfricas directas, y donde se prevea un excesivo nmero de desconexiones (o flameos) previsto, podr utilizarse cable de guarda; pero en este caso, deber calcularse la confiabilidad de la lnea tomando como base el nmero de salidas por falla del apantallamiento (shielding fairlure) y flameo inverso (backflashover); en este caso, adems de incrementar el nivel de aislamiento a 400 o 500 kV, la resistencia de puesta a tierra de cada estructura deber estar comprendida entre 10 y 15 ohmios.

Facilidad para el recorrido de corrientes de fugaEn la costa peruana, debido a la ausencia de descargas atmosfricas, no es necesario el incremento del nivel de aislamiento de las lneas y redes primarias; por el contrario, las corrientes de fuga que recorren por la superficie de los aisladores debido a la presencia de elementos contaminantes, pueden producir el incendio de crucetascuando no se tiene el cuidado de eliminar los espacios de aire en el recorrido de la corriente de fuga a tierra. Por esta razn, todas las estructuras ubicadas en zonas de costa llevarn la puesta a tierra desde los herrajes de los aisladores. En este caso, debido a la pequea magnitudes de las corrientes de fuga, no ser necesario el uso de electrodos verticales sino solo un anillo alrededor del poste en la base, hecho con el mismo conductor de bajada. En las estructuras de seccionamiento y en subestaciones de distribucin debern instalarse necesariamente electrodos verticales hasta alcanzar el valor de resistencia de puesta a tierra que se indica en los planos del proyecto.

11.0 PUESTAS A TIERRA DE SUBESTACIONES DEDISTRIBUCION EN PROYECTOS DE ELECTRIFICACION RURAL

11.1. OBJETIVO

Establecer los criterios para el dimensionamiento de las puestas a tierra ensubestaciones de distribucin que la DEP/MEM ha normalizado para su aplicacin en proyectos de Electrificacin Rural.

11.2. ANTECEDENTES

Para los proyectos de electrificacin rural, la DEP/MEM, basado en normasinternacionales y en los criterios que actualmente se aplican, ha normalizado lainstalacin de una sola puesta a tierra tanto para la media tensin como para la baja tensin.

11.3. ANLISIS DE LOS CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LAS PUESTAS A TIERRA EN LAS SUBESTACIONES DEDISTRIBUCIN

Los criterios aplicados por la DEP/MEM para la definicin de la configuracin de las puestas a tierra en subestaciones de distribucin, son los siguientes: Para la mejor proteccin del transformador de distribucin contra las

sobretensiones de origen atmosfrico, el pararrayos debe estar ubicado lo ms cerca posible al equipo, y su borne de tierra debe estar conectado al tanque del transformador; en el Anexo A se presenta la disposicin de los pararrayos y las formas de conexin a tierra recomendadas por la Gua de aplicacin de Pararayos ANSI Std C62.22 1997.

El numeral 5.1.3 de la norma de transformadores de distribucin ANSIC57.12.20-1974 establece que los terminales neutros de los transformadores monofsicos, tanto del lado de media tensin como el de baja tensin deben unirse mediante pernos al tanque del transformador; como se puede apreciar, esta configuracin es compatible con lo expresado en el prrafo anterior para la adecuada conexin del pararrayos.

De lo expresado en los prrafos anteriores se concluye que en el tanque del transformador se deben unir los neutros de la media y la baja tensin y el borne de tierra del pararrayos y, para evitar que existan diferencias depotencial entre el tanque del transformador y tierra, debe existir una sola conexin entre stos.

A manera de ejemplo, en el Anexo B, se muestra la configuracin tpica de puestas a tierra de subestaciones de distribucin de una empresa brasilea, en la que, an cuando los transformadores estn provistos de pasatapaspequeos para los neutros, se unen al tanque del transformador conjuntamente

con el borne de tierra del pararrayos.

11.4. DEFINICIN DE LOS VALORES MXIMOS DE RESISTENCIA DEPUESTA A TIERRA

La resistencia de las puestas a tierra de las subestaciones de distribucin, sin tomar en cuenta las de la red secundaria, deben tener los siguientes valores mximos: En subestaciones trifsicas y monofsicas conectadas entre fases (bifsicas):

25 ohmios. En transformadores monofsicos de sistemas con retorno total por tierra: los

siguientes valores de acuerdo a la potencia de los transformadores

Potencia de transformadorKva

Resistencia de puesta a tierra( ohmios )

5 2510 2515 2025 15