Objetivo - UTN · Web viewROTURA (Kgs) ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso 900 245 1982 260 2205 950 245 1988 260 2208 1000

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL

FACULTAD REGIONAL ROSARIOINGENIERIA ELECTRICA

Transmisión y Distribución de la Energía

Cálculo Línea Media Tensión

Problema Abierto

Profesor : Ing. Juan C. Cortelloni

Jefe T.P. : Ing. J. Nocino

Alumnos: Ventureira, Marcelo Legajo: 10993 Sarnago, Gustavo Legajo: 27084

UTN-FRRO TRANSMISION Y DISTRIBUCION DE LA ENERGIA 2007

Año 2007

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Objetivo :

En el presente trabajo se pretende realizar el cálculo de parámetros característicos de una línea de transmisión aérea de 33 KV para vincular la E.T. “XX”, perteneciente a una localidad de la gerencia Rosario, a la E.T. Firmat con una longitud de la traza de 27 Km. Para ello nos ajustamos a las Especificaciones Técnicas de la Empresa Provincial de la Energía que rigen para el proyecto y construcción de líneas aéreas de transmisión de energía de 13,2 ; 33 ; 66 y 132 Kv. Dentro de los límites de la Provincia de Santa Fe.La zona donde se realizará la traza es típica configuración de llanura, donde se deberán sortear dos obstáculos geográficos. El primero la Ruta Nacional Nº 33 y el segundo es el canal La Blanqueada (no navegable).-

Elección del conductor y disposición de montaje :

Teniendo en cuenta que la demanda máxima es de 1250 KW, el sobre dimensionamiento debe ser estimado para un crecimiento vegetativo anual del 3,5 %, siendo la vida útil de la línea de 30 años, se tiene:

Crecimiento en por cientos dentro de 30 años es 100.5 %

Ilinea = P / (3)1/2 Vlinea cos = 1250 KW / (3)1/2 x 33 KV x 0.9 = 24,3 A, actualmente

Dentro de 30 años tenemos Ilinea = 24,3 A x 2,05 = 49,81 A

Secciones Nominales Conductor Hilo de Guardia AL/AC (50/8) A°G°(35 mm2)

Sección Real 56,3 (mm2) 33,63 (mm2)

Diámetro 9,6 (mm) 7,5 (mm)

Peso 195 (Kg/Km) 269 (Kg/Km)

Carga de rotura 1.686 (Kg)

Modulo de Elasticidad 8.100 (Kg/mm2) 18.500 (Kg/mm2)

Coeficiente de dilatación 19,1E-06 (°C) 11,5E-06 (°C)

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Corriente admisible 170 (A)

In = 170 A

La capacidad máxima de corriente está calculada para cables aluminio/acero y para una sobre elevación de temperatura de40°C sobre una temperatura ambiente de 40 °C, con viento transversal de 0.60 m/s y un factor de emisividad de 0.5, sin sol.

Disposición de los conductores:

Para la traza de 27.000 m. adoptaremos la disposición TRIANGULAR que da alturas intermedias (mayores que en la disposición coplanar horizontal y menores que en la disposición coplanar vertical), y la franja de servidumbre será un poco más ancha que en la disposición coplanar vertical. Tiene la desventaja con respecto a la disposición coplanar vertical de que no es posible añadirle con el tiempo otra posible terna en el caso que fuese necesario.La más conveniente desde el punto de vista del cálculo, por su simplicidad es con:

Vano = 90 m.Nº de vanos = 27.000 m. /90 m. = 300

Nº de estructuras de retención = 25

Incidencia del viento:

El viento se manifiesta en los cables, y estos a los aisladores y estructuras, mediante una fuerza paralela al peso que se sumara al propio del conductor, obteniéndose una resultante.El calculo se realiza con la siguiente expresión:

Pviento = . K . (v2/16) . Q . sen .0,6 + (80/am)

siendo:

= coeficiente que considera la desigualdad de velocidad del viento, a lo largo del vano. Para - v > 30 m/seg (110Km/h) es = 0,75 - v < 30 m/seg (110Km/h) es = 0,85 = ángulo determinado por la dirección del viento y el eje del conductor. K = coeficiente que depende de la forma de la superficie expuesta a la acción del viento. Para conductores cilíndricos es K = 1,1 Q = proyección de la superficie expuesta al viento por metro de conductor, según un plano perpendicular a su dirección y que para el caso de conductores cilíndricos es la

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superficie del plano diametral vertical ( m2/m). am = vano medio en metros(vano de viento). v = velocidad del viento (m/seg).

0,6 + (80/am) = factor de vano

En la zona donde se realizará la traza, la E.P.E. aporta las condiciones climáticas, que son características de aquella región.

Estado Tempº C

VientoKm/h

Hielomm

TensiónKg/mm2

TiroKg

(m)Total

FlechaHoriz. Vertic.

1 45 0 0 3.40 191 1.03 0.00 1.032 -10 0 0 9.45 532 0.37 0.00 0.373 15 145 0 10.98 618 1.47 1.43 0.324 -5 30 0 8.76 492 0.41 0.08 0.405 16 0 0 5.98 336 0.59 0.00 0.59

Para nuestro caso, tenemos dos estados de cálculos de Pviento, los cuales son:

a) v = 145 km/h = 40,27 m/segb) v = 30 km/h = 8,33 m/seg

a) Pviento = 0,75 . 1,1 . (40,27 2 / 16) . 9,6 x 10-3 . sen 90º . 0,6 + (80/90 m.)

Pviento = 1,19 kg/m.

b) Pviento = 0,85 . 1,1 . (8,33 2 m/seg / 16) . 9,6 x 10-3 . sen 90º . 0,6 + (80/90 m.)

Pviento = 0,06 kg/m.

Con estos valores a continuación se calcularan cual de todos los estados ya mencionados ocasionarán peores condiciones de tensión y flecha.

Obtención de esfuerzos y flechas para los peores estados : Según las hipótesis de cálculo de estados climáticos correspondientes nombradas anteriormente, se tendrá que:

- la flecha máxima cumple para la condición nº 1:

Tmáx = 45 ºC ; vv = 0

- la tensión máxima se tendrá para los estados 2, 3 o 4. El análisis se hará

Estos datos son aportados por EPE

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para vano de 90 m

2- Tmín = -10 ºC ; vv = 03- T = 15 ºC ; vv máx = 145 Km/h4- T = -5º ,vviento = 30 Km/h

Para determinar cual es el estado mas desfavorable se debe calcular el vano critico para luego compararlo con el adoptado y de esa manera saber cual es el mas influyente. El cual tiene la siguiente ecuación :

acritico = adm.

adm =

K = 3 (coeficiente de seguridad)= 19,10 x 10 -6 (coeficiente de dilatación)

Comparamos el 2 con el 3:

acritico = 9,98 Kg/mm2.

Como acritico a la peor condición será la 3.

Ahora comparamos la condición 3 con la 4:

acritico = 8,7Kg/mm2.

Como acritico a por lo tanto el peor estado de todos los casos es el 3, es decir el de mayor viento..

En conclusión podemos tomar :

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Estado 3 = Tmax = Frot/3 = 1686 / 3 = 562 Kg

Calculo de la flecha máxima.

Como se dijo, la flecha máxima aparecerá con el estado 1, entonces, tomando como referencia el peor de los estados, se ingresará de esta forma a la ecuación de estado.

3 = 15 ºC 3 = adm

donde:

E = 8.100 (módulo de elasticidad)

comparando por aproximaciones sucesivas se llega al siguiente resultado:

; de donde

T1= 1,9Kg/mm2 x 56,3mm2 = 106,97 Kg = T0

Con esto queda demostrado que T0 < Tmax

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Separación entre conductores de fases.

Cálculo de la distancia mínima entre conductores entre si y entre estos y el hilo de guardia.

1.16

Donde: K es un factor que depende del material y sección del conductor (tabla)A es la long. de la cadena de aisladores (para aisladores rígidos es cero)

Franjas de Seguridad.

Según Ley Provincial Nº 10.742 y su reglamentaciónSe calculará mediante la siguiente fórmula: A = a + 2 (Lc + f máx. ) sen Φ + 2 dDonde: A : Ancho de la franja de seguridad (m).- a : Distancia horizontal entre conductores extremos (m).- lc : Longitud de la cadena de aisladores (m).- f máx. : Flecha máxima debido a la longitud de viento máximo.-

sen Φ: Ángulo de declinación máximo en la cadena de aisladores y conductores.-

d : Distancia horizontal mínima de seguridad según la tabla siguiente:

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Reemplazando en la formula anterior resulta: A =1,80 + 2 x (0+1.84) x sen 0° + 2 x 2,20 = 6,20 mts.

Características de la zonaAccidentes que cruza la línea (tensión de servicio 33 Kv)

Cuadro según Especificación Técnica Nº 160 de la E.P.E

1 - Zonas pobladas urbanas y suburbanas, plantas industriales, granjas etc.

Distancia (mts)

a) Altura libre hasta el nivel del suelo 8,50

b) Distancia hasta las partes mas próximas de edificios e instalaciones 2,002 - Zonas rurales, campos de pastoreo, estancias, huertas, viñedos, cañaverales, etc.a) Altura libre hasta el nivel del suelo 6,00

b) Distancia hasta la parte mas próxima de árboles cuya altura no sobrepase los 4 metros

3,00

3 - Autopistas, rutas nacionales y provinciales 7,004 - Ríos, canales no navegables hasta nivel máximo de agua 4,00

5 - Cruce de Ferrocarril (trocha ancha) 11,75

Detalle de la postación

Los postes de HORMIGON ARMADO 15,00/1200 se lo fabrica con técnicas de vibrado, centrifugado, pretensado. Se lo utiliza desde media tensión hasta 132 kV en su campo natural de aplicación, Como los componentes son muy pesados, el costo de transporte incide notablemente cuando las distancias desde la fábrica son importantes, y aun mas

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cuando hay dificultades de acceso a los piquetes. En el montaje se debe cuidar no cargarlo en forma anormal, se requieren grúas para el manipuleo.

Adoptamos columnas 15/1200 donde verifica los esfuerzos solicitados en cada retención y cumplimos con la distancia mínima que debe existir entre los conductores y el suelo en zonas de cruces de rutas nacionales.

PUESTA A TIERRA : se exigirá una resistencia de puesta a tierra de 10 ohm como máximo medido en condiciones normales de humedad del terreno. Esta medición se efectuará desconectando el cable del boquete inferior del soporte.En las estructuras terminales se exigirá una resistencia de puesta a tierra de 5 ohm como máximo, medido en las condiciones expresadas anteriormente.-

1.70

1.40

1.50

13.50

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Cálculo poste doble, retención disposición triangular (vano = 90 m)

- Esfuerzo del viento sobre hilo de guardiaPv HG =

Pv HG =

- Esfuerzo del viento sobre conductor superior (reducido a la cima)

Pv S =

Pv S = 72,24 Kg = 63,14 Kg

- Esfuerzo del viento sobre conductores inferiores (reducido a la cima)

2 x 144,49 Kg = 111,31 Kg

- Esfuerzo del viento sobre aisladores, crucetas y demas elementos de fijación : se estima 70 Kg

- Esfuerzo del viento sobre el poste doble

Pv = ( ) x 2 Φcima = 0.28 mPv = = 263 Kg Φnivel inf = 0,482 m

Esfuerzo total del viento:

Pv = 56,44 Kg + 63,14 Kg +113,31 Kg + 70 Kg + 263 Kg = 563 Kg

Tensión del Hilo de guardia.

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T = adm x Sección adm = = = 11,89 Kg/mm2

T = 11,89 x 33,63 mm2 = 400Kg

Tensión de los tres conductores reducidos a la cima.

Ts = 9,98 x 56,3mm2 x = 491 Kg

Ti = 2 x 9,98 x 56,3mm2 x = 866 KgTensión total sobre el poste doble = 400Kg + 491Kg + 866Kg = 1757 Kg

La fuerza total que repartirá cada columna estará dada por :

F = = = 357 Kg

Equipamiento a instalar

Descargadores de Sobretensión para Baja y Media Tensión ET 012a y ET 012b

ALCANCE La presente especificación establece las condiciones que deberán cumplir los descargadores de Oxido de zinc (ZnO) los que estarán destinados a reducir la magnitud y la duración de una sobre tensión en un sistema o instalaciones eléctricas de media tensión, sea esta de origen externo o interno.CONDICIONES DE UTILIZACIÓN Serán aptos para el montaje a la intemperie, y de acuerdo a su corriente nominal de descarga se podrá clasificar en :a. Para Estaciones Transformadoras: ................ 10.000 A.-b. Para Distribución o intermedias:........................ 5.000 A . CONDICIONES ELÉCTRICAS.Tensión nominal …………………………………..…33 kV Tensión máxima de servicio………………………… 36 kV Neutro Rígido a tierraPotencia máxima de cortocircuito………………….. 300 MVA Corriente de cortocircuito trifásico simétrico ………..5,2 kA CONDICIONES AMBIENTALES.Temperatura máxima:.......................+50 °CTemperatura mínima: . …………….-10 °CHumedad relativa ambiente hasta:… 100 % VINCULACIÓN CON OTROS ELEMENTOS. Los descargadores serán conectados entre cada fase y tierra , su vinculación se efectuará por medio de morsetos de cobre o latón estañados adecuados para cables de cobre de secciones comprendidas entre 16 y 50

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mm2.,su fijación sobre postes o crucetas de madera u hormigón será mediante abrazaderas metálicas individuales o soportes aislados.-Será provisto de todos los elementos necesarios para su montaje, tales como: abrazadera tiTodos los Descargadores vendrán provistos del desconectador automático de puesta a tierra.-

Seccionadores Tripolares a Cuernos p Media Tensión uso Intemperie ETN 022)

Los Seccionadores para ser instalados en redes de media tensión. Tensión nominal …………………………….. 33kVFrecuencia …………………………………… 50 Hz Conexión del neutro Rígido a tierraTensión máxima de servicio ………………….35kVNivel de sobretensiones de origen atmosférico admisibles 170 kVcr ( onda de 1,2/50 ms.)Potencia de cortocircuito trifásico simétrico máxima 200 MVA

Interruptores (ETN 024)

El medio extintor.del arco podrá ser:Gran volúmen de aceite (GVA)Reducido volúmen de aceite (RVA)Aire comprimido (AC)Gas Exafluoruro de Azufre (SF6)Aire con soplado magnético (SM).Vacío (V). El tipo de interruptor podrá ser:.Unipolar (U)Tripolar (T)Interior (I)Exterior (E).La clase de recierre podrá ser apto para :Recierre tripolar (RT)Recierre Unipolar (RUT)El recierre en ningún caso será ordenado por los elementos de comando o control del interruptor. Los lapsos consignados entre aperturas y cierres, deberán entenderse como aquellos que median entre la emisión de la orden eléctrica de apertura y el instante en que los contactos principales se tocan.El accionamiento.podrá ser:Manual (m)Motor eléctrico y resortes recargables (e)Oleoneumático (o)Gas (g)Aire comprimido (a)(a,g,o) mediante electrocompresores, con mando local (l) o Distancia (d).Tensión auxiliar en corriente contínua.El valor está consignado en la Planilla de Datos Garantizados. Se utilizará para el accionamiento del comando a distancia y enclavamiento. Cuando se utilice motor eléctrico para la carga de resortes, éste será de CC y el tiempo de carga inferior a 30 segundos; en

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cambio, cuando la energía para el accionamiento se obtenga de aire comprimido o gas, los compresores podrán ser accionados por motores de CA.Se deberá indicar los límites de tensión máxima y mínima a que trabajan correctamente las bobinas de accionamiento, enclavamiento, motores, etc.Estos aparatos estarán diseñados para trabajar a temperatura ambiente, comprendida entre -10º C y + 45º C y alturas sobre el nivel del mar, hasta 1000 metros.-Para contactos de cobre plateados en aceite, la temperatura máxima que podrán alcanzar será de 90º C.-Los interruptores contarán con uno o más bulones para la puesta tierra de las partes metálicas.-Los gabinetes de comando auxiliares y conjunción dispondrán de calefactores del tipo protegido (vitrificados, blindados o similar) y termostados para funcionamiento a temperaturas inferiores a +15_ C. El circuito de calefacción incluirá fusibles tipo DIAZED y contactores adecuados para el comando automático del sistema.Señalización.Los interruptores tendrán señalización mecánica de posición CERRADO-ABIERTO, ésta será bien visible.Enclavamientos. Se preferirán los mecánicos a los eléctricos.-Cuando deba realizarse sobre el interruptor algún ajuste o puesta a punto, será posible localmente desenergizar los comandos eléctricos a distancia, dándose en consecuencia la pertinente señalización. El interruptor contará con bloqueos que impidan: iniciar un recierre si no puede completarse, un cierre si no puede abrir y de apertura, cuando existan deficiencias en el medio extintor o en la energía acumulada para el accionamiento.

Calculo de la corriente de corto circuito

Diagrama unificar

Método MVA

Calcularemos el corto circuito al final de la línea que es donde nos interesa (punto C)

Transformador 132/33kV

132/33kV

A B

LINEA 27kms

Un = 33kVIn = 24.3AXl =0.4 ohm / kmXl =10.8 ohm

S = 5MVAUcc = 12%

Un = 33kV

C

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Un = 132kVScc = 406MVA


Línea 33kV

Barra B

Corto circuito en C

406 41 100

BA TRAFO LINEA

137,2 100

CB LINEA

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Elección del T.I.

Adoptamos un T.I. de agujero transversal cuyas características son:

Un = 33kVCl = 1%a = 50/5 It = 100 InId = 6kAn =30Rs+Rw = 2ohm (Rs resistencia secundaria T.I. ; Rw resistencias hilos pilotos)Prestación = 36VA

Intensidad de limite térmica (It)

Ya que

donde t”=0.27seg. ( tiempo de actuación del relé para Icc.)

Intensidad limite dinámica (Id)

Factor de saturación (n)

Zb : impedancia del relé

Para n =30, se tiene:

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Elección del relé

Adoptamos un relé de sobre corriente de tiempo inverso cuya curva característica es:

Ajuste del relé

Debido a que la corriente real es muy baja en comparación con la corriente nominal del cable y teniendo en cuenta el futuro aumento de potencia demandada adoptamos un factor de 1.5.

Tomamos una

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AaI 405

504´

Elijo curva 4 del relé ( tiempo de retardo 0.15 seg.)

Para 24.9 nos da un tiempo de disparo de 0.12 seg.

El tiempo total de disparo será: t”= 0.27 seg.

A continuación se adjunta:

- Hoja 16. Tabla de conductores (Pirelli) - Hoja 17. Tabla de columnas (CIMA S.A.)- Hoja 18. Nivel de cortocircuito en diferentes E.T. de la Emp Prov. De la Energía

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MASTIL S.A.

TABLA DEMOSTRATIVA DE CIMAS Y PESOS DE POSTES DE BAJA Y MEDIA TENSION.

LONGITUD (mts) 13,00 13,50 14,00 14,50 15,00 15,50 16,00

ROTURA (Kgs) ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso ø cima Peso

900 245 1982 260 2205 950 245 1988 260 2208

1000 245 1990 260 2210 260 2335 260 2460 1050 245 1994 260 2214 260 2340 260 2465 1100 245 1998 260 2218 260 2344 260 2470 1150 245 2002 260 2222 260 2350 260 2475 1200 245 2008 260 2228 260 2355 260 2480 260 2612 260 2755 1250 245 2014 260 2232 260 2360 260 2488 260 2618 260 2762 1300 245 2020 260 2238 260 2366 260 2492 260 2625 260 2768 260 29061350 245 2028 260 2244 260 2370 260 2496 260 2632 260 2776 260 29141400 245 2032 260 2250 260 2375 260 2505 260 2640 260 2784 260 29221450 245 2038 260 2256 260 2382 260 2512 260 2648 260 2792 260 29301500 245 2044 260 2262 260 2388 260 2518 260 2655 260 2800 260 29381550 245 2050 260 2268 260 2394 260 2524 260 2662 260 2808 260 29461600 245 2058 260 2274 260 2400 260 2532 260 2670 260 2816 260 29541650 245 2064 260 2280 260 2406 260 2538 260 2678 260 2825 260 29621700 245 2072 260 2288 260 2414 260 2548 260 2685 260 2834 260 29721750 245 2078 260 2294 260 2420 260 2555 260 2692 260 2842 260 29601800 245 2086 260 2302 260 2428 260 2562 260 2700 260 2850 260 29901850 245 2092 260 2308 260 2434 260 2570 260 2710 260 2858 260 30001900 245 2098 260 2316 260 2442 260 2578 260 2718 260 2868 260 30101950 245 2106 260 2320 260 2450 260 2588 260 2725 260 2875 260 30182000 305 2455 305 2595 305 2735 305 2880 305 3030 305 3190 305 33422050 305 2460 305 2600 305 2742 305 2888 305 3036 305 3196 305 33502100 305 2465 305 2605 305 2748 305 2892 305 3042 305 3205 305 33582150 305 2470 305 2610 305 2754 305 2898 305 3048 305 3212 305 33662200 305 2475 305 2615 305 2760 305 2904 305 3055 305 3220 305 33742250 305 2482 305 2620 305 2766 305 2910 305 3062 305 3228 305 33822300 305 2488 305 2628 305 2774 305 2916 305 3070 305 3236 305 33902350 305 2492 305 2634 305 2780 305 2922 305 3078 305 3244 305 33962400 305 2496 305 2640 305 2786 305 2930 305 3065 305 3252 305 34062450 305 2504 305 2646 305 2792 305 2938 305 3092 305 3260 305 34182500 305 2510 305 2652 305 2800 305 2945 305 3100 305 3368 305 34262550 305 2516 305 2658 305 2806 305 2952 305 3108 305 3276 305 34342600 305 2522 305 2665 305 2814 305 2960 305 3016 305 3286 305 34442650 305 2526 305 2672 305 2820 305 2968 305 3124 305 3294 305 34522700 305 2535 305 2680 305 2828 305 2975 305 3132 305 3304 305 34622750 305 2542 305 2688 305 2834 305 2982 305 3140 305 3312 305 3470

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