Calculo Linea Con Soft CAMELIA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO

TRANSMISION Y DISTRIBUCION DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA PROBLEMA ABIERTO Tema: Cálculo Mecánico de

conductores. Utilizando

software CAMELIA Profesores:

Alumnos:

Ing. Cortelloni. Ing. Nocino. Farias, Esteban. Principi, Marcos.

Año 2011

Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Memoria descriptiva. El siguiente trabajo corresponde al cálculo de una línea de 132 kV del tipo rural. Dicha línea une dos estaciones transformadoras. Partiendo desde la ET  “A”   y terminado en la nueva ET “B” . La línea existente y la proyectada son propiedad de la  “Empresa provincial de la energía” (EPE). La línea deberá atravesar zona rural, en forma recta, sorteando en un punto de su transcurso la Ruta Nacional xx. La longitud de la traza será de 21 km. La línea será construida con postación de hormigón y conductor Al-Ac 300/50 e hilo de guardia de 50 mm 2. La ET  “A”   se encuentra lindante con a la Ruta Nacional xx, por lo que la estructura terminal tendrá seguridad aumentada, a fin de servir de retención al cruce de la misma. Planteamos 3 tramos con vanos de 280 mts. Luego se produce un quiebre en la línea de 30º para acceder a la ET “B” , este último tramo cuenta con 15 vanos también de 280 mts. Se utilizará cadena de aisladores de vidrio templado, tanto para suspensiones como para retenciones.    

Estructuras Terminales: 2 Estructuras de suspensión: 71 Retenciones ángulo 0º: 2 Retención angular (30º): 1

LAT TRAMO 1 TRAMO 2 TRAMO 3 TRAMO 4 TOTALES

ENTRE RETENSIONES ET “A” a RA0º RA0º - RA0º RA0º - RA30º RA30º - ET “B”

LONG. VANO [m] 280 280 280 280

CANT. VANOS 20 20 20 15 75

LONG. TRAMO [m] 5600 5600 5600 4200 21000

CANT. POSTES SUSP. 19 19 19 14 71

Calculo de vano crítico entre los estados 2 y 3

 Primero calculamos  2 y

 2 =

 P c S t 

=

1.22kg / m 353.5mm

2

  3

= 3.45. 10

3

-1-

Transmisión y Distribución de la energía eléctrica   3 =

Calculo Mecánico

 P t  S t 

 P t    P c  P V 

  V 2 80   kg       P V    .k  .Q. sen  . 0,6  m    16 a m      P V   0.75 1.1

38.882 16

80     kg   0.0442 1  0.6    3.05    m      280   

kg   P t   1.222  3.052  3.28    m        3 =

 P t  S t 



3.28 353.5

= 9.27. 10

3

 Luego calculamos ac

 Estado 2

  2 (10),  2

 Estado 3   3 (15),  3 ac   m

24  2   1 

 22   12

ac  12 24 18.9 10 6 

15  (10) (9.27 103  3.45 103 )

ac  148.5m

1) Si a  > ac , el estado más desfavorable es el de mayor sobrecarga 2) Si a < ac , el estado más desfavorable es el de menor temperatura.

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Calculo mecánico para conductor de energía. (Al-Ac 300/50) En la siguiente tabla se muestran los estados atmosféricos propuestos por el software CAMELIA para la zona escogida (EPE Sur):

Datos del conductor de energía: Para un primer cálculo tomamos como base el estado 2, con una tensión mecánica máxima de 12 kg/mm2

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Cálculo de Tiro y Flecha de Conductores de energía (vano de 280 m; estado base 2   ):

Estado Básico: 2 (TENSIÓN MAX. ADMISIBLE 12 Kg/ mm2) Flecha Máxima: 4.61 mts. a 15º Tiro Máximo: 4242 kg (Estado 2) Tensión Max. Admisible 5.6 Kg/mm2 (Estado 5, zona rural, VDE 0210) 

Tomando como base el estado 2, observamos que en el estado 5, se supera la tensión mecánica máxima admisible por la norma VDE 0210 (5.6 kg/mm2). También podemos observar una inconsistencia . Dado que el máximo esfuerzo ocurre en 2 y no debería ser así, ya que después de calcular el vano crítico quedo demostrado que el máximo esfuerzo debería darse en 3. Por lo tanto, debemos tomar otro estado básico para el cálculo. Para ello, se adopta como base el estado 3, fijando la tensión mecánica máxima que establece la norma mencionada.

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Cálculo de Tiro y Flecha de Conductores de energía (vano de 280 m; estado base 3   ):

Estado Básico: 3 (TENSIÓN MAX. ADMISIBLE 12 Kg/ mm2) Flecha Máxima: 4.55 mts. a 15º Tiro Máximo: 4329 kg (Estado 2) Tensión Max. Admisible 5.6 Kg/mm2 (Estado 5, zona rural, VDE 0210) 

Tomando como base el estado 3, vemos que persiste dicha inconsistencia ( TENSION 2 MAYOR QUE TENSION 3 ). Y además se sigue superando la tensión mecánica máxima admisible en el estado 5 que es por norma (5.6 kg/mm2) Por lo tanto, debemos tomar otro estado básico para el cálculo. Para ello, se adopta como base el estado 5.

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Cálculo de Tiro y Flecha de Conductores de energía (vano de 280 m; estado base 5   ):

Estado Básico: 5 (TENSIÓN MAX. ADMISIBLE 5.6 Kg/ mm2) Flecha Máxima: 7.07 mts. a 45º Tiro Máximo: 2850 kg (Estado 3) Tensión Max. Admisible 12 Kg/mm2 (Estados 1 al 4, zona rur al, VDE 0210) 

Podemos observar que se verifican los valores de tensión mecánica máxima, en los 5 estados, por lo tanto pasamos a realizar la tabla de tendido.

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Tabla de tendido para cable de energía:

 NOTA: podemos notar otra inconsistencia en la tabla de tendidos; los valores de TENSION, TIRO Y FLECHA, de algunas temperaturas no coinciden con los valores antes obtenidos

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Cálculo mecánico para el hilo de guardia. (Ac 50) Datos del conductor de guardia:  Al igual que para los cables de energía, para un primer cálculo tomamos como base el estado 2, con una tensión mecánica máxima de 28 kg/mm 2

Cálculo de Tiro y Flecha de Conductores de guardia (vano de 280 m; estado base 2   ):

Estado Básico: 2 (TENSIÓN MAX. ADMISIBLE 28 Kg/ mm2) Flecha Máxima: 4.89 mts. a 15º Tiro Máximo: 1572 kg (Estado 3) Tensión Max. Admisible 28 Kg/mm2 (Estados 1 al 4, zona r ural, VDE 0210) 

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Observamos que en el estado 3 y en el estado 5, se supera la tensión mecánica máxima admisible por la norma VDE 0210 (28 kg/mm2 y 13.8 kg/mm2 respectivamente). Por lo tanto, debemos tomar otro estado básico para el cálculo. Para ello, se adopta como base el estado 5, fijando la tensión mecánica máxima que establece la norma mencionada.

Cálculo de Tiro y Flecha de Conductores de guardia (vano de 280 m; estado base 5):

Estado Básico: 5 (TENSIÓN MAX. ADMISIBLE 13.8 Kg/ mm2) Flecha Máxima: 6.92 mts. a 15º Tiro Máximo: 1110 kg (Estado 3) Tensión Max. Admisible 28 Kg/mm2 (Estados 1 al 4, zona rur al, VDE 0210) 

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

NOTA: todas las flechas obtenidas para el hilo de guardia son inferiores al 90% de las del conductor de energía para el mismo estado considerado, por lo que nos encontramos en buenas condiciones de cálculo. Tabla de tendido del hilo de guardia (vano de 280 m) :

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Poste de Suspensión. Diseño Geométrico Distancias mínimas del conductor a masas: d t 1 

U n 150



132 150

 0,88 m

U n : Tensión en KV.

Longitud de la cadena de aisladores:  N º aisladores 

U n 15



132 15

 8,8  9

El aislador empleado es de vidrio templado modelo “E-125W- 146” de 155 mm de diámetro (D) y 146mm de altura (P).

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

La longitud de la cadena de aisladores completa será: l c  (9  0,146m)  l  p  1,614m

l  p : Longitud del péndulo=0,30m.

Estos cálculos corresponden a las estructuras de suspensión, para las de retención debemos agregar un aislador más a la cadena (según recomendaciones de la VDE 0210).

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Distancia entre conductores en el centro del vano: d c  k   f  max  l c  



U n 150

Fmax: flecha máxima (para el vano de 280 mts.) = 6,28 m. k: coeficiente que depende de la disposición de los cables y su ángulo de inclinación con el viento (o el ángulo entre los cables en el poste). ADOPTAMOS k= 0,75. d c  0,75  6,28  1,614 

132 150

 2.98m

Distancia entre Ménsulas: d m  l  p  l c  1,26

d m  0,30m  1,614m  1,26m  3,174m De la comparación entre dm y dc adoptamos como la separación entre ménsulas el mayor valor de ambos, en este caso se toma 3,174m; garantizando así el cumplimiento de la separación de los cables en el medio del vano. Definición de la Altura del poste:  Altura de la ménsula superior: hmi  hl    f  max  l c  l  p hl  : Altura libre, adoptamos para zona rural 7m.

hmi  7m  6,28m  1,614m  0,30m  15,19m  Altura de la ménsula superior: hms  hmi  d m  15,19m  3,174m  18,36m  Altura de la ménsula intermedia: hmm 

hmi  hms 2



15,19m  18,36m 2

 16,775m

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Calculo de la Altura de los Conductores: Conductor superior: hcs  hms  l c  l  p  18,36m  1,614m  0,30m  16,446m

Conductor intermedio: hcm  hmm  l c  l  p  16,775m  1,614m  0,30m  14,861m

Conductor inferior: hci  hmi  l c  l  p  15,19m  1,614m  0,30m  13,276m

Determinación del ángulo (θ) de declinación de una cadena de aisladores de suspensión por acción del viento:

 F   F vc  va 2    arctg  G Gc  a 2

Donde: 



 

Fvc: fuerza del viento sobre el conductor en ambos semivanos adyacentes de la estructura. Fva: fuerza del viento sobre la cadena de aisladores, incluidos elementos móviles de morsetería. Gc: peso del conductor gravante sobre la cadena de aisladores. Ga: peso de la cadena de aisladores, incluidos elementos móviles de morsetería.

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Fuerza del viento sobre el conductor:

 F vc  C  k 

V 2

 80      0,6   Dc  a 16   a  

Donde:  V: velocidad del viento = 140 km/h = 38,8m/s. Dc: diámetro del conductor = 24,5 mm. a: vano = 280 m. K: factor que contempla la desigualdad del viento a o largo del vano = 0,75 (según  VDE 0210 para 140 km/h). C: coeficiente aerodinámico = 1 (según VDE 0210 para conductores mayores a 15,8 mm de diámetro).    



 F vc  1  0,75 

38,88 2 16

  80     0,6   0,0245  280  430,54 Kg   280  

Fuerza del viento sobre la cadena de aisladores:  F va    1,40

 

kg 

 9 aisladores   1,40kg   14kg  aislador   

Peso del cable: Gc  1,227 kg   280m  343,56kg  m

Peso de la cadena de aisladores: El peso de cada aislador componente de la cadena incluida toda la morsetería de la cadena se estima en 3.8 Kg. Ga  3,8 kg   9 aisladores  34,2kg  aislador 

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Por lo tanto, la inclinación resultante será: 430,54 

   arctg  343,56 

14

2  50.58º 32,2 2

Cálculo de la longitud de la ménsula: l m  l c  sen   d t 1 

d mp 2

 0,02

Donde:  

dt1: distancia mínima a masa = 150/ Un. dmp: diámetro medio del poste.

d mp  d cp  c  d a

Siendo:  dcp: diámetro en la cima del poste.  c: conicidad del poste = 1,5 cm/m.  da: distancia desde la cima hasta posición de la ménsula inferior. De tabla se puede obtener que para este tipo de postes el diámetro en la cima es de 30.5 cm. Como la altura del poste (hp) aún no se sabe con certeza se supone un poste de 20 m libre (se debe tomar como mínimo 1 m por encima de la ménsula superior), con lo cual: d a  hp  hmi  20 m  15,19 m  4,81m d mp  0,305 m  1,5 cm

m

 4,81m  0,377 m

Se adopta: d mp  38 cm

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Transmisión y Distribución de la energía eléctrica

Calculo Mecánico

Ubicación del cable de protección (hilo de guardia). La altura del cable de protección de determina según la siguiente fórmula: hcp 

1 3 

2  hcs  3  (l m  l mcp )  hcs  4  3  (l m  l mcp )  hcs  2



Donde:   

hcp: es la altura del cable de protección. hcs: es la altura del cable superior. lmcp: es la longitud de la ménsula del cable de protección si la hubiere. hcp 

1 3 

2 16,446  3  (2,4)  16,4462  4  3  (2,4) 16,446   20,123m



 Verificación de la protección para el cable medio: hcp 

1 3 

2  hcm  3  (l m  l mcp )  hcm  4  3  (l m  l mcp )  hcm 

hcp 

2

1 3 



2 14,861  3  (2,4)  14,8612  4  3  (2,4) 14,861  18,503 m



Es decir que colocando el cable de protección a 20,123 m quedan protegidos ambos conductores (superior y medio). La altura total del poste será:  H    Hp  He 

 Hcp  0,1 0,9



20,123  0,1 0,9

 22,24 m

Siendo “He”  la profundidad de empotramiento (10%). Se adopta:

 H   22,5 m

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