diseño electromecánico de lineas de transmision

DISEÑO ELECTROMECÁNICO DE LÍNEAS AÉREAS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. Y

B

A

S

D(x,y)

C

0

X

Manual del Participante Basado en las especificaciones de Comisión Federal de Electricidad Enero ’10

DISEÑO ELECTROMECÁNICO DE LÍNEAS AÉREAS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

CONTENIDO Objetivos del curso ………….………………………………………..…………….……. Introducción………………………………………………………………..………………..

TEMA 1. INTRODUCCIÓN TRANSMISIÓN

AL

DISEÑO

ELECTROMECÁNICO

DE

04 05

LÍNEAS

1.1- Conceptos y definiciones.................................................................................... 1.2- Componentes básicos de una Línea de Transmisión…...................................... 1.3- Tensiones normalizadas en los sistemas de transmisión………..………………. 1.4- Planos de planta perfil y proyecto…………………………………….……………..

DE

07 08 28 29

TEMA 2. CRITERIOS PARA SELECCIONAR LOS DISEÑOS MECÁNICOS PARA CABLES: CONDUCTORES, GUARDA CONVENCIONAL Y FIBRA ÓPTICA. 2.1- Parámetros que determinan el uso de una estructura…………………….………. 2.2- Ecuación de la catenaria………………….............................................................. 2.3- Datos básicos de partida y parametrización de la trayectoria de la Línea de Transmisión…………………………………………………………………………………… 2.4- Hipótesis de diseño…………...…………………….………………………….………. 2.5- Ecuación de cambio de estado… ……………………………………………...…….. 2.6- Coordinación de catenarias entre cables; conductor y de guarda…..……………..

34 36 37 41 42 45

TEMA 3. DISEÑO ELÉCTRICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN 3.1- Parámetros de la descarga atmosférica utilizando en el diseño de las Líneas…. 48 3.1.1.- Densidad de rayos a tierra…………………........................................................ 48 3.1.2.- Número de descargas que inciden en una Línea de Transmisión……………… 50 3.1.3.- Impedancia Transitoria de cables de guarda, conductores, torres y sistema de tierra…………...……….………………………………………………………………………. 53 3.2.- Determinación del ángulo de blindaje para obtener un índice de salida deseado………………………………………………........................................................ 59 3.2.1.- Ángulo de blindaje…………………………………………………….……………… 59 3.2.2.- Modelo electrogeométrico………..………………………………….……………… 60 3.2.3.- Índice de salidas en Líneas de Transmisión por falla de blindaje…….………… 64 3.3.- Determinación de la resistencia a tierra para la obtención de un índice por flameo inverso…………………….…………………………………………………….……………… 65 3.3.1.- Flameos inversos…………………..………………………………….……………… 65 3.3.2.- Número de salidas por flameos inversos…………………………..…….………… 65 3.3.3.- Sistemas de conexión a tierra, esquemas y mejoramiento de los valores de resistencia.…………………………………………………...………………..…….………… 66

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CONTENIDO 3.4.- Coordinación de aislamiento………………………………………………….………. 3.4.1- Distancias criticas de flameo de fase a tierra…………………............................. 3.4.2.- Determinación de la longitud de aisladores por rayo…..………………………… 3.4.3.- Determinación de la longitud de aisladores por maniobra...…………….………. 3.4.4.- Por contaminación……………………………………………………………......…..

70 70 73 73 74

TEMA 4. LOCALIZACIÓN DE ESTRUCTURAS SOBRE EL PERFIL TOPOGRÁFICO 4.1.- Plantillas para localización de estructuras……………….……………….…………. 4.2.- Criterios de diseño para Líneas de Transmisión……………….............................. 4.3.- Planos de localización de estructuras………………………………………………… 4.4.- Perfiles en cruz y determinación de extensiones..………….………………………. 4.5.- Lista de distribución de estructuras………………………………………………..…. 4.6.- Cálculo de flechas y tensiones……………………………………………………..….

79 84 86 88 91 92

Conclusión general ….. ……………………..……………..………………………….……... 98 Bibliografía………..……………………………………………………………………... …….. 99

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OBJETIVO GENERAL Al finalizar el curso, el participante contará con los elementos básicos para el diseño electromecánico de Líneas de Transmisión de acuerdo a las especificaciones de CFE.

OBJETIVOS PARTICULARES: TEMA 1 ¾ Al finalizar el tema, el participante identificará los conceptos básicos para el diseño electromecánico de una Línea de Transmisión de acuerdo a las especificaciones de CFE.

TEMA 2 ¾ Al finalizar el tema, el participante calculará el diseño mecánico para cables conductores de acuerdo a las especificaciones de CFE.

TEMA 3 ¾ Al finalizar el tema, el participante distinguirá los aspectos del diseño eléctrico a considerarse en una Línea de Transmisión de acuerdo a las especificaciones de CFE.

TEMA 4 ¾ Al finalizar el tema, el participante realizará la localización de estructuras de una Línea de Transmisión sobre el perfil topográfico de acuerdo a las especificaciones de CFE.

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INTRODUCCIÓN Derivado de los compromisos de la institución de consolidar nuestros niveles de calidad de una empresa de clase mundial, es determinante desarrollar el capital intelectual, enfocado a ser más competente en nuestro ámbito y con ello lograr una mejora continua en nuestros procesos. Esto nos motiva evaluar los resultados obtenidos y medir el cumplimiento de nuestras metas internas en nuestros centros de trabajo, y con ello poder identificar las áreas de oportunidad para tomar acciones tendientes a transformar nuestras debilidades en fortalezas. En el transcurso de estas sesiones identificaremos los elementos y aspectos a considerarse para estar en condiciones de elaborar un Diseño Electromecánico de Línea de Transmisión, de acuerdo a las especificaciones de Comisión Federal de Electricidad. Todo esto es posible con tu participación y compromiso durante el desarrollo de este curso, así como en la aplicación de los conocimientos adquiridos para definir la metodología para el diseño electromecánico de Líneas de Transmisión. A fin de lograr lo anterior, el curso se estructura a partir de identificar los conceptos y definiciones básicas referentes al diseño electromecánico de Líneas de Transmisión, después calcularemos las catenarias para cables conductores, continuaremos con los aspectos de diseño eléctrico y finalmente localizaremos las estructuras de una Línea de Transmisión sobre el perfil topográfico.

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

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TEMA 1. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO ELECTROMECÁNICO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Objetivo Específico: Al finalizar el tema, el participante identificará los conceptos básicos para el diseño electromecánico de una Línea de Transmisión de acuerdo a las especificaciones de CFE. En este tema se proporcionará al participante las definiciones de los conceptos básicos relacionados con el diseño electromecánico, los cuales nos posicionará como punto de partida, por lo que iniciaremos de lo esencial, para irnos familiarizando con los términos que en lo subsiguiente se tocaran a mayor detalle. Para cumplir nuestro objetivo de aprendizaje, seguiremos la siguiente secuencia: ; ; ; ; ; ; ;

Definición de una Línea de Transmisión. Concepto de generación. Concepto de Transmisión. Concepto de centros de consumo. Componentes básicos de una Línea de Transmisión. Tensiones normalizadas en los sistemas de transmisión. Planos de planta, perfil y proyecto.

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1.1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES DEFINICIÓN DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN AÉREA.- Es aquella que esta constituida por conductores desnudos en una determinada disposición en el espacio, que a su vez forman circuitos que se encuentran aislados en aire mediante accesorios de vidrio, porcelana y sintéticos, suspendidos y/o rematados en estructuras de soporte, localizadas a lo largo de una trayectoria. Que tienen como finalidad transportar la energía eléctrica desde los puntos de generación hasta los puntos de transformación y finalmente a los centros de consumo.

Estructura del sistema de suministro de energía eléctrica

GENERACIÓN.- Principio de conversión de energía mecánica en eléctrica, mediante el accionar de un generador, el cual aprovecha distintos agentes para producir este movimiento, de ello dependerá el nombre que describa a la central, por ejemplo: HIDROELECTRICAS, TERMOELECTRICAS, GEOTERMOELECTRICAS, NUCLEOELECTRICAS, EOLICAS, ETC. TRANSMISIÓN-. Una vez generada la energía eléctrica y elevada a niveles de voltaje, es necesario conducirla a través de un medio de transporte a las subestaciones eléctricas para reducir los niveles de voltaje y con ello se pueda suministrar a los centros de consumo (carga). CENTROS DE CONSUMO.- Resultan ser los clientes finales que consumen la energía para sus procesos de transformación de productos o servicios, que dependiendo del nivel de voltaje pueden clasificarse, en industriales, comerciales, residenciales y uso domestico.

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1.2. COMPONENTES BÁSICOS DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN ESTRUCTURAS DE SOPORTE.- La función básica de las estructuras para líneas de transmisión aéreas, es mantener los conductores a cierta distancia sobre el suelo y de los obstáculos presentes a lo largo de la trayectoria, proporcionando seguridad a personas e instalaciones situadas en las cercanías de la ubicación de las estructuras a lo largo del eje de la trayectoria de la línea de transmisión, estas pueden fabricarse generalmente de acero galvanizado, de madera y concreto.

TIPOS DE ESTRUCTURAS DE SOPORTE

Torre 2 circuitos, Disposición vertical

……

Torre 1 circuito, Disposición Triangular

Torre 1 circuito, Disposición Horizontal

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TIPOS DE ESTRUCTURAS DE SOPORTE

Torre 2 circuitos, Disposición triangular

Poste 4 circuitos, Disposición Vertical

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Torre 4 circuitos, Disposición Vertical

Torre 1 circuito, con retenidas, Disposición Horizontal

Poste 2 circuitos, Disposición Vertical

Estructura formada por postes sección I, Disposición Horizontal

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TIPOS DE ESTRUCTURAS DE SOPORTE

Poste troncocónico, 2C, con crucetas aisladas “akimbo”

Poste de Transición aéreo-subterránea, 2 Circuitos

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Torre de transposición, 1 Circuito

Poste troncocónico, 2 circuitos, tipo lindero

Torre 2 circuitos, Disposición horizontal

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CABLES CONDUCTORES.- Es el medio por el cual se efectúa el transporte de energía eléctrica. La sección, su composición y el número de conductores por fase, debe ser la más adecuada para permitir la transferencia óptima de la potencia eléctrica y además resistir los esfuerzos mecánicos a los que estarán sometidos durante la construcción y operación de la Línea. Los conductores de uso más común en las líneas de transmisión aérea son en primer instancia los conductores de aluminio dispuestos helicoidalmente sobre una serie de cables de acero dispuestos de forma similar, utilizados como refuerzo denominados ACSR (Aluminium Conductor Steel-Reinforced) y posteriormente se describen los cables exclusivamente de aluminio: AAC (All-Aluminium Conductor), los conductores que son exclusivamente de una aleación de aluminio: AAAC (All-Aluminium Alloy Conductor) y los conductores de aluminio reforzado con aleación: ACAR (Aluminium Conductor AlloyReinforced).

Tipos de cables ACSR

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

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Calibre del cable (mm2):

Área Diámetro sin hielo (mm): Diámetro con hielo (mm): Peso sin hielo (kg/m): Peso con hielo (kg/m): Módulo de elasticidad inicial (kg/mm2): Módulo de elasticidad final (kg/mm2): Coeficiente de dilatación inicial (1/°C): Coeficiente de dilatación final (1/°C): Resistencia a la Ruptura (kg):

1113 ACSR 603 31,980 41,980 1,875 2,3608 5483,5 6587,1 0,0000205 0,0000208 14039

900 ACSR 515,2 29,510 39,510 1,723 2,2109 5202,2 6678,5 0,00001828 0,00001926 14650

795 ACSR 468,5 28,140 38,140 1,624 2,0965 5349,8 7156,5 0,0000174 0,00001882 14165

477 ACSR 281,1 21,800 31,800 0,975 1,3567 5856 7648,6 0,00001753 0,00001882 8820

Características mecánicas de los cables conductores ACSR

CABLES DE GUARDA.- La función principal de los cables de guarda es impedir que las descargas atmosféricas impacten directamente sobre los cables conductores de las fases de los circuitos, captando la intensidad de corriente y conduciéndola por medio de la estructura de acero para transmitirlas a los sistemas de tierras que finalmente son los elementos disipadores. Generalmente los cables de guarda empleados son de acero galvanizado o de acero recubierto de aluminio, los cuales deben ser capaces de resistir las solicitaciones mecánicas y condiciones climatológicas de las zonas en donde se instalen. Actualmente se están instalando en algunas líneas de transmisión, cables de guarda de acero recubierto de aluminio con núcleo, conteniendo fibras ópticas, mediante las cuales se transmiten señales de telecomunicación para coordinar los elementos de protección en las Subestaciones Eléctricas colaterales asociadas a las Líneas de Transmisión.

Cable de Guarda con Fibras Ópticas (CGFO) –Condumex-

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Cable de Guarda con Fibras Ópticas (CGFO)-Pirelli-

Cable de Guarda con Fibras Ópticas (CGFO)-AFL-

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Tipo de cable de guarda Área (mm2): Diámetro sin hielo (mm): Diámetro con hielo (mm): Peso sin hielo (kg/m): Peso con hielo (kg/m): Módulo de elasticidad inicial (kg/mm2): Módulo de elasticidad final (kg/mm2): Coeficiente de dilatación inicial (1/°C): Coeficiente de dilatación final (1/°C): Resistencia a la Ruptura (kg):

3/8" 51,5 9,540 19,540 0,406 0,6167 15742 18137 0,00001152 0,00001152 3160

7#8 58,56 9,780 19,780 0,3896 0,5945 15150 16170 0,00001296 0,00001296 7226

PIRELLI 79 13,6 23,6 0,453 ------12110 12110 0.0000168 0.0000168 7000

CONDUMEX 105 14,65 24,65 0,585 ------11217 11217 0,0000155 0,0000155 7800

AFL 100,26 13,00 23,00 0,574 ------13400 13400 0,0000142 0,0000142 9286

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

AISLADORES.- Son los elementos de vidrio, porcelana o poliméricos, que acoplados entre si y mediante los herrajes convenientes cumplen con la función de sujetar de la estructura de soporte los cables conductores de las fases de los circuitos, así como asegurar el aislamiento eléctrico entre el potencial de los cables conductores de fase y las partes metálicas de la estructuras de soporte. Además los aisladores deben de elegirse de tal manera que cumplan satisfactoriamente con las características electromecánicas y faciliten el mantenimiento una vez que se encuentren energizadas.

Aisladores de vidrio tipo disco

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Aislador tipo disco para ambientes ligeros de contaminación

Aislador tipo disco para ambientes medios y altos de contaminación

Partes que forman a un aislador de porcelana tipo disco

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Aislamiento tipo polimérico

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CONJUNTOS DE HERRAJES.- Los aisladores acoplados requieren de elementos que permitan la sujeción tanto a las crucetas de las estructuras de soporte como a los cables conductores de fase de los circuitos. Para el caso de los cables de guarda estos elementos son los que sujetan directamente a la estructura de soporte. Los conjuntos de herrajes deben ser capaces de resistir las tensiones mecánicas transmitidas por los cables conductores de fase de los circuitos y de guarda, respectivamente. Los conjuntos de herrajes se pueden clasificar de acuerdo al tipo de estructura de soporte, como lo son: ; Conjuntos de suspensión para cable conductor de fase ; Conjuntos de tensión para cable conductor de fase ; Conjuntos de transposición para cables conductores de fase ; Conjuntos de suspensión para cable de guarda convencional ; Conjuntos de tensión para cable de guarda convencional ; Conjuntos de suspensión para cable de guarda con fibras ópticas ; Conjuntos de tensión para cable de guarda con fibras ópticas

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

L o n g it u d

No. 1A 2A 3 1B 2B

Descripción

Cantidad (pz)

Horquilla “Y” Bola Larga Calavera Ojo Larga Grapa de Suspensión sin varillas protectoras Horquilla “Y” Bola Corta Calavera Ojo Corta

1 1 1 1 1

Fig. 45 CONJUNTO DE TENSIÓN PARA UN CONDUCTOR POR FASE CON UNA CADENA DE AISLADORES Longitud

No. 1A 2A 5 1B 2B

……

Descripción Horquilla “Y” Bola Larga Calavera Horquilla “Y” Larga Grapa de Tensión para Conductor a Compresión 900-1113 Horquilla “Y” Bola Corta Calavera Horquilla “Y” Corta

Cantidad (pz) 1 1 1 1 1

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DISEÑO ELECTROMECÁNICO DE LÍNEAS AÉREAS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Fig. 40

CONJUNTO DE SUSPENSIÓN EN "V" UN CONDUCTOR POR FASE

Longitud

No. 1A 2A 3 4 5 1B 2B

Descripción Horquilla “Y” Bola Larga Calavera Horquilla “Y” Larga Yugo Triangular V1 Horquilla “Y” Ojo Corta Grapa de Suspensión sin varillas protectoras Horquilla “Y” Bola Corta Calavera Horquilla “Y” Corta

Fig. 49

Cantidad (pz) 2 2 1 1 1 2 2

CONJUNTO DE SUSPENSIÓN PARA CABLE DE GUARDA

Longitud

No. Descripción 1 2 3 4

……

Eslabón Grapa de Suspensión para Cable de Guarda Conector Cable-Cable a Compresión Conector Cable-Solera a Compresión

Cantidad (pz) 1 1 1 1

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Fig. 50

CONJUNTO DE TENSIÓN A COMPRESIÓN PARA CABLE DE GUARDA 1

Longitud

Tornillo de 1/2" de diámetro

2

Roldana de presión Tuerca hexagonal

VISTA DE PLANTA

No. 1 2

……

Descripción Grapa de Tensión para Cable de Guarda Conector Cable-Solera a Compresión

Cantidad (pz) 2 2

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SISTEMA DE TIERRAS.- Es el conjunto de elementos formados por contra antenas y electrodos verticales que se determinan en base a las mediciones de resistividad del terreno, para obtener una resistencia mínima al pie de cada estructura que permita la disipación de las corrientes producidas al momento de la incidencia de las descargas atmosféricas en la estructura de soporte o a lo largo de los claros interpostales sobre los hilos de guarda.

……

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Conexiones típicas en los sistemas de tierras

……

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

Amortiguador tipo Stockbridge

Cantidad de amortiguadores a instalar en el cable conductor

Cantidad de amortiguadores a instalar en el cable conductor

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

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SEPARADORES.- Para el caso en que las Líneas de Transmisión cuenten con 2 o más conductores por fase, es necesario aplicar separadores para mantener espaciados a 45 cm los conductores a lo largo de cada claro interpostal, estos deben de tener la capacidad para soportar las corrientes de corto circuito. La colocación de estos accesorios típicamente los podemos encontrar en el rango desde los 55 a 80 m, distribuidos a lo largo del claro, teniendo especial cuidado en que las distancias entre separadores no sea equidistante, la razón es contrarrestar las amplitudes de onda por el efecto galopeo.

Separador preformado para 2 conductores por fase

Separador-amortiguador para 3 y 4 conductores por fase

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

SEÑALIZACIÓN DE ESTRUCTURAS EN CRUZAMIENTOS CON LÍNEAS DE TRANSMISIÓN PINTURA AMARILLO (17)

PINTURA AMARILLO (17)

PINTURA ROJO (8)

PINTURA ROJO (8) PINTURA AMARILLO (17)

50m

PINTURA AMARILLO (17)

LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN CONSTRUCCIÓN (PROYECTO)

LÍ

A NE

DE

TR

AN

S

N SIÓ MI

AC

TU

AL

50m

PINTURA ROJO (8)

PINTURA AMARILLO (17)

PINTURA AMARILLO (17)

50m

EN

N( IÓ AC ER OP

) TE EN IST EX

VISTA EN PLANTA

CRUCETA DE GUARDA CRUCETA DE GUARDA CRUCETA CONDUCTOR

PINTURA ROJO (8) CUERPO RECTO

CRUCETA CONDUCTOR

CUERPO RECTO

CRUCETA CONDUCTOR

PINTURA AMARILLO (17)

PINTURA AMARILLO (17)

CABLE DE GUARDA

VISTA FRONTAL

BOYAS

CABLES CONDUCTORES CABLES DE GUARDA CONDUCTOR SUPERIOR CONDUCTOR MEDIO CONDUCTOR INFERIOR LÍNEA DE TRANSMISIÓN DE MENOR ALTURA

VISTA EN PERFIL

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

……

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1 Materiales Marca Cantidad

4 2

5

Descripción

1 2

2 4

Esfera de aluminio bipartida Herraje de aluminio para sujeción

3

8

* Tornillo 3/8" x 1"

4

4

Tornillo 3/8" x 1 3/4"

5

4

* Tornillo 3/16" x 3/4"

6

1

Centrador

Peso Total

4.50 Kg

Incluye el suministro de tornillos, tuercas, arandela plana y de presión. * Incluyen 2 piezas de arandela plana.

Características de la Boya de Aluminio

6

m 0m 51

Boyas para Señalización Aérea Descripción

Item

3

1

Peso Total (incluyendo: tornillería y herrajes de sujeción)

2

Diámetro interior

3 4

Espesor de la lamina de aluminio (mínimo) Acabado final.

Unidad

Cantidad

Kg

4.50

mm mm Color

510 0.80 (Calibre 18) Naranja

Partes que integran a una boya de aluminio

Boyas de aluminio instaladas en Líneas de Transmisión

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I.3. TENSIONES TRANSMISIÓN

NORMALIZADAS

EN

LOS

SISTEMAS

DE

Las tensiones nominales que se utilizan para la transmisión de la energía eléctrica en nuestro país son mayores a 115 kV, mismos que se consideran como voltajes de alta tensión y se clasifican como se indica: PREFERENTES.- Son aquellos niveles de voltaje que deben de utilizarse en todo el sistema eléctrico nacional siendo: 115kV, 230kV y 400kV. RESTRINGIDAS.- Se refiere a los niveles de voltaje que debido al grado de desarrollo y al valor de las instalaciones existentes no es posible eliminarlas, pero en un futuro no se planean ampliaciones futuras, hablamos de: 138kV y 161kV.

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I.4. PLANOS DE PLANTA, PERFIL Y PROYECTO TRAYECTORIA GENERAL: Plano generalmente a escala 1:50,000, en el cual se plasma sobre cartas topográficas editadas por el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI) la poligonal que representa la trayectoria de la Línea de Transmisión, partiendo de la Subestación de origen, hasta el punto final, que puede ser la Subestación destino o el punto de entronque a una Línea de Transmisión existente. Este documento nos proporciona la siguiente información: Cantidad de puntos de inflexión (PI) Tipo de terreno (Plano, ondulado o montañoso) Longitud total de la Línea de Transmisión Tipos de cruzamientos a lo largo de la trayectoria

-TA LT 230 kV - 1C

SE TAPEIXTLES POT. SE COLOMO

CAMPOS DE FUTBOL

TA 2C

T A 2C

A SE COL OMO T A2 C

P A 2C

PA2 C

A S E CO LO MO DIS T

P A 4C

LT 11 5 KV -1 C-P C/P M PA4 C

PA2 C P A 2C

T A 1C

LT TAPEIXTLES - COLOMO

TERMOELECTRICA L

2 T-

30

3

kV

LT

-1

's -

C-

TA

40

0

kV

-1

C-

TA

Laguna de Cuyutlán

PR

OY

EC

TO

Extracto de un plano de trayectoria general

……

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PLANTA Y PERFIL TOPOGRÁFICO: Plano Una vez definida la trayectoria de la Línea de Transmisión se procede a efectuar en campo el levantamiento topográfico que iniciará en el punto central del marco de la bahía de la subestación de origen y se denominará 0+000 del cadenamiento y terminará en el centro del marco de la bahía de la subestación destino con el cadenamiento correspondiente a la longitud real de la Línea de Transmisión. El resultado final es obtener los planos de “Topografía, Planta y perfil” que serán elaborados en formatos de película poliéster indeformable con cuadrícula milimétrica y las escalas que se utilizarán son: TIPO DE TERRENO

ESCALA HORIZONTAL

ESCALA VERTICAL

En terreno plano, lomeríos o montaña suave.

1:2000

1:200

En terreno muy accidentado

1:2000

1:500

Los cuales contienen a mayor detalle las características a todo lo largo de la trayectoria de la línea, entre otras nos proporciona: Las elevaciones del terreno, las distancias exactas de las tangentes, los cambios de dirección (Puntos de Inflexión), los cruzamientos como pueden ser: vías férreas, carreteras, ríos navegables, tipos de terreno, zonas urbanas, con otras líneas de transmisión, los rumbos astronómicos de cada tangente PLANOS DE PLANTA, PERFIL Y PROYECTO: Planos del levantamiento topográfico en planta y perfil en el cual se plasman la localización y altura de las estructuras necesarias para cumplir con las distancias de seguridad y libramientos a cada uno de los obstáculos a lo largo de la trayectoria. La información que contienen estos planos es la siguiente: Kilometraje del sitio en donde han sido localizadas las estructuras Número consecutivo de las estructuras, iniciando con la primera estructura después del marco de remate. Tipo de la estructura Nivel de la estructura Claro efectivo, claro medio horizontal y claro vertical Puntos mas bajos de las catenarias

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Extracto: Plano de planta, perfil y proyecto

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Conclusión del Tema 1. Introducción al Diseño de Líneas de Transmisión Como se vio en este tema, es importante conocer los conceptos, definiciones, componentes y tensiones básicas, así como el resultado de un diseño electromecánico de una Línea de Transmisión, los planos de planta, perfil y proyecto. Partimos definiendo, que la finalidad de una Línea de Transmisión es conducir la energía eléctrica desde los puntos de generación hasta los centros de consumo, en la estructura del suministro de energía eléctrica. Los elementos que componen a una Línea de Transmisión son: Estructuras de soporte, cables conductores, cables de guarda, aisladores, herrajes, sistema de tierras, amortiguadores, separadores, boyas de señalización. Las tensiones normalizadas para los sistemas de transmisión son: Preferentes, 115kV,230kV y 400kV y las restringidas son: 138kV y 161kV. Finalmente mencionamos que para obtener los planos de planta, perfil y proyecto, necesitamos plasmar la localización y altura de estructuras en los planos topográficos, complementando con los siguientes datos: Kilometraje de ubicación, tipo de estructura, Número consecutivo, Valores de claros: efectivo, medio horizontal y vertical, puntos más bajos de la catenaria.

Preguntas de Autoevaluación: ¿Cuál es la finalidad de las Líneas de Transmisión en la estructura del suministro de energía eléctrica? ¿Menciona 5 componentes de una Línea de Transmisión? ¿Cuáles son las tensiones preferentes en los sistemas de transmisión? ¿Cuáles son las tensiones restringidas en los sistemas de transmisión? ¿Menciona 3 datos que podemos obtener de los planos de planta, perfil y proyecto?

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TEMA 2. CRITERIOS PARA SELECCIONAR LOS DISEÑOS MECÁNICOS PARA CABLES CONDUCTORES, GUARDA CONVENCIONAL Y FIBRA ÓPTICA. Objetivo Específico: Al finalizar el tema, el participante calculará los diseños mecánicos para cables conductores de acuerdo a las especificaciones de CFE. En este tema se proporcionará al participante los datos básicos de partida, entre ellos se encuentran, los parámetros de uso de estructuras, las características mecánicas de los cables, condiciones climatológicas de la zona de influencia de la Línea de Transmisión, las hipótesis de diseño y la ecuación de cambio de estado para calcular y coordinar las curvas catenarias entre cables: conductor y guarda. Para cumplir nuestro objetivo de aprendizaje, seguiremos la siguiente secuencia: ; Parámetros que determinan el uso de una estructura. ; Ecuación de la catenaria. ; Datos básicos de partida y parametrización de la trayectoria de la Línea de Transmisión. ; Hipótesis de diseño. ; Ecuación de cambio de estado. ; Coordinación de catenarias entre cables; conductor y guarda.

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2.1- PARÁMETROS QUE DETERMINAN EL USO DE UNA ESTRUCTURA. DEFLEXIÓN (°): Es el ángulo máximo de cambio de dirección en la trayectoria de la Línea de Transmisión que permite la estructura en estudio sin afectar su estabilidad, de acuerdo con el diseño estructural y eléctrico. CLARO MEDIO HORIZONTAL (CMH): Es la semisuma de claros adyacentes a la estructura y se utilizan para calcular las cargas transversales que actúan sobre la estructura debidas a la acción del viento sobre los cables. CLARO VERTICAL (CV): Es la suma de las distancias horizontales entre los puntos más bajos de las catenarias de los cables conductores adyacentes a la estructura y se utiliza para determinar las cargas verticales, que actúan sobre la estructura, debidas al peso de los cables conductores y de guarda. UTILIZACIÓN: La conjugación de los tres parámetros anteriores designa el uso de la estructura, expresado: DEFLEXIÓN/CLARO MEDIO HORIZONTAL/CLARO VERTICAL (°/CMH/CV).

S.E. ORIGEN

Eje de

Circuito 1

la tray

a de ectori

isión ansm a de tr la líne

O ESTIN S.E. D

Circuito 2 Punto de sujección

Cable conductor Punto de sujección

Punto mas bajo

Cable conductor

Punto de sujección

Punto mas bajo

CMH=C1+C2 2

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UTILIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA GRADOS / CMH / CV

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Silueta básica de una estructura en la cual se ilustra su uso.

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2.2- ECUACIÓN DE LA CATENARIA CATENARIA: es la curva que describe una cadena suspendida por sus extremos y que se encuentra sometida a un campo gravitatorio uniforme. La palabra deriva del latín catenaríus, propio de la cadena. Asimismo, la curva catenaria es la que describe un cable de longitud finita y densidad constante sostenido por dos puntos; por ejemplo, es la curva que describe un cable eléctrico entre dos apoyos o postes. Y

B

A

S

D(x,y)

C

0

X

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

P=

T [metros] w

T= Tensión del cable en el claro interpostal (kg) W=Peso unitario del cable (kg/m) Catenaria (y): Esta definido por la siguiente ecuación: ⎡ ⎛x⎞ ⎤ y = p.⎢Cosh⎜⎜ ⎟⎟ − 1⎥ ⎝ p⎠ ⎦ ⎣

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

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2.3- DATOS BÁSICOS DE PARTIDA Y PARAMETRIZACIÓN DE LA TRAYECTORIA DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÒN. DATOS BÁSICOS DE PARTIDA: Las características mecánicas de los cables conductores y de guarda deben ser las siguientes: Área Diámetro sin hielo Diámetro con hielo Peso sin hielo Peso con hielo Módulo de elasticidad inicial Módulo de elasticidad final Coeficiente de dilatación inicial Coeficiente de dilatación final Resistencia a la Ruptura

mm2 mm mm kg/m kg/m kg/mm2 kg/mm2 1/°C 1/°C kg

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

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De la familia de estructuras seleccionadas obtenemos los usos y las tensiones máximas de las crucetas para cables conductores y de guarda. Considerando los siguientes criterios: El uso de la estructura, deberá corresponder a la mas predominante, generalmente resultan ser las de suspensión. Las tensiones máximas las crucetas de cable conductor y guarda, deberán de corresponder a las estructuras de remate. Para obtener las presiones de viento en cables, se consideran los factores topográficos del terreno, las alturas promedio de los cables, las altitudes de operación y su cálculo se describe en la especificación: “Torres para Líneas de Subtransmisión y Transmisión –J1000-50”. CARACTERIZACIÓN DE LA TRAYECTORIA: Una vez definidas las características de la línea de transmisión en el Programa de Obras e Inversiones del Sector Eléctrico (POISE), se acota el área de influencia geográfica, por lo se da a la tarea de obtener datos metereologicos que nos describan el comportamiento en lo que se refiere al entorno, citando principalmente los parámetros y fuente de datos empleados para estar en condiciones de iniciar nuestro diseño especifico. DOCUMENTO DE REFERENCIA Base de datos metereologicos Densidad de rayos a tierra Velocidades regionales de viento Niveles de contaminación

FUENTE Sistema Metereologico Nacional (SMN) Secretaría de Agricultura y Recursos Hidráulicos (SARH) Comisión Nacional del Agua (CNA) Mapa de isodensidades de rayos a tierra (IIE) Mapas de isotacas ( MOC – CFE) Contaminación de aislamientos externos (CFE-IIE)

De estas fuentes obtenemos los siguientes datos: Temperatura máxima Temperatura media Temperatura mínima Velocidad regional a 10años Niveles de contaminación Presencia de hielo Humedad relativa y absoluta Densidad de rayos a tierra

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°C °C °C km/h

Rayos/km2/año

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PARTICULARIDADES DEL PROYECTO.- Se refiere a las condicionantes o restricciones especiales que se deben de tomar en cuenta para nuestro diseño, estas pueden ser origen: Ambiental (zonas protegidas, bosques, manglares) Indemnizatorio (cultivos de riego, huertas, limites de propiedades particulares) Privados (Empresas en expansión a futuro, ferrocarriles) Dependencias (Federales, Estatales, Municipales) Convivencia con otros proyectos (Líneas de distribución, oleoductos, gaseoductos, acueductos, fibras ópticas, camellones, Líneas subterráneas, caminos). Estas restricciones implican consideraciones adicionales, de las ya descritas anteriormente (Datos metereologicos, topográficos, eléctricos), que impactan en los siguientes conceptos: Libramientos especiales (vías férreas, bosques, manglares, huertas) Claros especiales Ubicaciones de estructuras obligadas Tipos de estructuras especiales Derechos de vía reducidos Compartir derechos de vía Cada una de estas zonas especiales debe de plasmarse en los planos del levantamiento topográficos, para ser identificados en la etapa de localización de estructuras.

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Ejemplo de datos de entrada de una Línea de Transmisión:

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

Viento (Pa)

Media Anual

0

Máxima (=>50°C)

Coincidente

Mínima (