DISEÑO LÍNEAS TRANSMISIÓN-4-08-04

Gerencia de Ingeniería y Construcción Unidad de Ingeniería de Líneas

INGENIERÍA DE DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN

ORIGEN DEL PROYECTO DE TRANSMISIÓN Iniciativa propia  A requerimiento del MEM  Agentes o Terceros La Superintendencia de Electricidad • El Gobierno • • • •

OBJETIVOS • Evitar restricciones en la transmisión solicitudes específicas •  Atender solicitudes • Posibilitar el despacho económico sin restricciones • Mejorar la calidad del servicio

FASES DE UN PROYECTO DE TRANSMISIÓN • • • • • • • • •

Estudio de Alternativas Selección de la alternativa más conveniente. Diseño básico de líneas de transmisión Evaluación del CNDC de la alternativa básica  Aprobación de la Superintendencia Diseño final del proyecto Propuesta técnico - económica Gestión de ampliación de licencia Ejecución

División de Estudios • El estudio se divide en:



Diseño Básico



Diseño Final



Presupuesto

Ubicación Geográfica del Proyecto Carrasco - Cochabamba • El proyecto de la línea enlazará la S/E Carraso con la S/E Valle Hermoso • La ruta es paralela a la línea actual en 65 % de su longitud • El restante 35% sigue una ruta donde se logra menor impacto ambiental, mejores cruces de ríos y mejores accesos para la operación y mantenimiento

Proceso del Prediseño • El Prediseño contempló las siguientes tareas: 1. Recolección de información como ser: Cartas geográficas del Instituto Geográfico Militar (IGM) Imágenes Satelitáles LANDSAT Datos de líneas existentes 2. Evaluación de alternativas de ruta 3. Evaluación de las posibles configuraciones de las estructuras para su evaluación por el CNDC 4. Determinación de la configuración de las torres 5. Elección del conductor y cable de guarda 6. Determinación del número de aisladores

Cartas Geográficas Instituto Geográfico Militar (IGM)

Imágenes Satelitales OZIEXPLORER

Trazado de Alternativas de Ruta: Evaluación y Selección

• Evaluadas en función a su longitud, facilidades de

accesos, criterios ambientales, geología, estabilidad, etc.

Ruta Seleccionada • La ruta seleccionada sigue:  – 1.- Desde Carrasco hasta el cruce de la carretera (11 km)

IMAGEN SALTELITAL, IKONOS

V. TUNARI

IMAGEN SALTELITAL, IKONOS

V. TUNARI

IMAGEN SALTELITAL, IKONOS

V. TUNARI

IMAGEN SALTELITAL, LANDSAT

RÍO SACTA, 2000

IMAGEN SALTELITAL, LANDSAT

RÍO SACTA, 2004

IMAGEN SALTELITAL, LANDSAT

RÍO SACTA, 2005

Reconocimiento de la Ruta Seleccionada • Se ubicó los accesos y los vértices de línea con GPS, en coordenadas UTM (X-Y) en el Datum ProvSAm56 (Datum que usa el IGM en los cartas geográfica) •  Además se determinó la longitud aproximada de 210.5 km, se localizaron los puntos críticos de cruces de ríos y cruces con línea 230 kV.

Evaluación de Posibles Configuraciones de Estructuras • Las

alternativas de familias de torres presentadas al CNDC fueron:  – Simple terna •  Además se usarán estructuras doble terna en la para la entrada a la S/E Valle Hermoso

Definición de la sección del conductor y del cable de guarda • La elección del conductor se la realiza con el fin de que

cumplan con:  – La capacidad térmica requerida  – Las condiciones de mínimo desempeño  – Pérdidas joule menores al 3%  – Pérdidas corona mínimas y que no exista corona visual  –  Verificación de los efectos de campo • Los criterios de la elección del cable de guarda son:  – Que soporte las corrientes de corto circuito requeridas  – Que no sufra daños que causen rotura debido a impactos directos de rayo

Nivel de Aislación • Se define en base a la confiabilidad requerida de la nueva

línea:  – El número de aisladores  – Geometría básica de la estructura

• Distancias de conductor a torre en condiciones normales sin

viento, con viento medio y con viento medio máximo. • Separaciones entre conductores • Número de cables de guarda y ángulo de apantallamiento •  Altura básica de la torre

• Luego, la confiabilidad de la línea estará asociada al valor de

la Resistencia de Puesta a Tierra de las torres. Se estima (de acuerdo al tipo de terreno, experiencia de proyectos pasados) un valor que sea posible conseguirlo con un equilibrio técnico - económico.

Ferretería y Accesorios  – Se define la ferretería para formar las: • • • • •

Cadenas de suspensión Cadenas de amarre Cadenas de cuello muerto Ensamble de suspensión para cable de guarda Ensamble de amarre para cable de guarda

 –  Accesorios adicionales adicionales • Contrapesos •  Amortiguadores de vibración vibración • Empalmes para conductor y cable de guarda • Herramientas y equipos de compresión

 – Ferretería de puesta a tierra • Contraantenas • Empalmes •  Varillas •  Anodos • Material para disminuir la resistividad del terreno

Fundaciones • Se establece en base a

proyectos similares los tipos de fundaciones a utilizarse, estas pueden ser:  – Grillas  – Zapatas  – Pilotes

Presupuesto y Cronograma • Presupuesto PRECIOS I ITEM

DESCRIPCION

 A MATERIALE MATERIALESS B CONSTRUCCION C INGEN NGENIIERI ERIA Y SUP SUPEERVI RVISIÓN SIÓN COSTO TOTAL

• Cronograma

PARCIAL PARCIAL $US M$US/KM xxx xxx xxx xxx

xxx xxx xxx xxx

Informe Diseño Básico • Resumen • Ruta del proyecto • Informe técnico  – Configuración de las estructuras  – Definición del conductor y cable de guarda  – Nivel de aislación  – Ferretería y accesorios  – Fundaciones • Presupuesto y cronograma

Diseño Final

• Tareas  – Estudio eléctrico - mecánico  – Estudio de Impacto Ambiental  – Estudio Geológico y mediciones de resistividad  – Estudio de suelos y fundaciones  –  Adquisición de puntos del perfil (topografía),

ubicación de estructuras (ploteo en el PLS-CADD) y replanteo.  – Cuantificación de materiales y presupuesto

• Por el tipo de estructuras la LT se divide en:  – Carrasco  – San José (150 km) una altitud entre 200

msnm a 2000 msnm  – San José  – Valle Hermoso (60.5 km) con una altitud entre los 1800msnm a los 4050msnm  – Se utilizarán estructuras doble terna a la llegada a la S/E Valle Hermosos, en aprox. 1 km.

Estudio Eléctrico - Mecánico • El alcance de este estudio contempló:  – Definición del Modelo Climático  – Estudio del Nivel de Aislación  – Establecimiento de las familias de estructuras, configuración geométrica y árboles de carga  – Selección de francos y derecho de vía.  – Selección del conductor y cable de guarda  – Selección de la ferretería y accesorios  – Definición de los esquemas de aterramiento

Modelo Climático • Zonas climáticas de Bolivia:

Nivel Ceraúnico del Proyecto El nivel ceraúnico adoptado es:  – De Carrasco a la zona de Coráni de 100 días con tormenta al año  – De Coráni a Valle Hermoso de 70 días con tormenta al año • El nivel ceraúnico de la zona es alta, y se caracteriza por presentar descargas de alta intensidad, especialmente en la zona de Villa Tunári  y Chimoré, por lo que se eligió un cable de guarda que pueda soportar una descarga normalizada de rayo de 200 kA •

Nivel de Aislación 14 aisladores 5¾”x10”   o su equivalente en poliméricos de Carrasco a la zona de Coráni , con una distancia mínima a torre de 2.0m • 18 aisladores 5¾”x10”   o su equivalente en poliméricos de Coráni a la S/E Valle Hermoso, con una distancia mínima a estructura es de 2.5 m • El performance obtenido es : •

13.6 salidas/año/100km, con RPT de 20 salidas/año/100km, con RPT de 10

•

5.4

Número de salidas efectivas (con reconexión satisfactoria del 80%) será de: 5 salidas/año para una RPT de 20 2 salidas/año para una RPT de 10

•

Por lo tanto la RPT debe ser 10 para tener una confiabilidad apropiada a la importancia de la LT

Familia de Torres • Características básicas de la familia de estructuras

Clase

  A  S    D    L  A    U    I  C    T    E    R    E   S    M    E    L   A   A    N    R    T   O    N

Vano P. Vano V. (m) conductor (m)

Vano P. c.g. (m)

Estructura

Tipo

Angulos

2T

SUSPENSION

0-3

425 - 365

600

750

2S

SUSPENSION

0 - 15

750 - 450

900

1125

2A

 AMARRE

15 - 30

750 - 450

900

1125

2F

 AMARRE/FINAL

0 - 55

540 - 450

900

1125

2PT

SUSPENSION

0-1

200

250

300

2PA

 AMARRE

0 - 10

200

250

300

Geometría Básica de las Estructuras            5    .            5 

2.5 2.8

• Estructuras reticuladas  – 2T; suspensión; 0º - 3º  – 2S; suspensión angulada;

0º - 15º  – 2A; amarre; 0º - 30º  – 2F; amarre / final de línea; 0º - 55º / 45º • Postes ornamentales  – 2PT; suspensión; 0º - 1º  – 2PA; amarre; 0º - 10º

           8 

         4   .          4

3

  °   5  0

           0    .            6 

           5    .            5 

           0    .            6 

 2 5 °

           6 

 2 5 °

           5    .            5 

         8    .          4

           0    .            6 

           6               0           5              1   .   .            2            4            4            4           4

2S 2T 2A 2F

         2          4   .   .          0              8          2          3 

4.3 4.8

6

         8    .          4

2.7

2PT 2PA

Diagrama de Cargas • Las cargas son calculadas según el Reglamento de Líneas Eléctricas de Alta Tensión (Norma NESC) • Las condiciones de carga son las siguientes:

• Para las estructuras ornamentales 2PT y 2PA se aplicaron las mismas condiciones de carga a excepción de la hipótesis  “Rotura de conductor” 

Diagrama de Cargas • El árbol de cargas resultante es el siguiente:

Francos y Derecho de Vía • La

francos respetan la resolución de la Superintendencia de Electricidad (Resolución SSDE Nº 160/2001) • El Derecho de vía será de 55m   (según la Resolución SSDE Nº 160/2001), además en los tramos en que la línea sea paralela a la actual esta distancia deberá ser >= 27.5m

Selección del Conductor y Cable de Guarda • RAIL • Se seleccionó el cable 954 MCM-ACSR código RAIL,

como conductor económico y por razones de estandarización local. La capacidad térmica del conductor es de 150 MW

• 7/16 EHS • Se instalarán dos cables de guardia el primero sera el 7/16 EHS y el segundo un cable de guardia tipo OPGW, 24SM u otro que posea caracteristicas similares a las del 7/16 EHS.

 Análisis de conductores en el costo anual por kilómetro

Condiciones de Flechado • Conductor RAIL • Tensión final a velocidad de viento máxima; 50% Tr • Tensión inicial a 25ºC, sin viento; 25% Tr • Tensión final a 25ºC, sin viento; 20% Tr

• Conductor 7/16 EHS • Tensión final a velocidad de viento máxima; 40% Tr • Tensión inicial a 25ºC, sin viento; 20% Tr • Tensión final a 25ºC, sin viento; 14% Tr

Protección Contra la Vibración X2

• Conductor RAIL  –  Varillas preformadas  –  Amortiguadores de vibración cuando sean requeridos • Conductor 7/16 EHS  –  Varillas preformadas • Cantidades de amortiguadores

X1

X4

 Vano

# de amortiguadores

0 - 150 150 - 500 > 500

1 2 4

X3

Ferretería y Accesorios  – Los ensambles para la línea

de transmisión siguientes:

son

los

• Cadenas de suspensión • Contrapesos • Cadenas de amarre • Cadenas de cuello •  Amortiguadores de vibración

 – La tensión de rotura de la

ferretería será de 30000 lbs

Cadena de amarre

Cadena de suspensión

Diseño de Sistema de Puesta a Tierra OBJETIVOS BASICOS •  Amortiguar 

• •

adecuadamente las sobretensiones de rayo  en la cadena de aislación para evitar el flameo. Establecer una adecuada vía de dispersión de las corrientes de rayo Seguridad en áreas concurridas por personas (tensiones de paso y contacto)

 A través de:  –  –  –

Minimizar el tiempo de comportamiento transitorio de la impedancia de puesta a tierra (Min. Z(t)). Establecer la magnitud de la Resistencia de puesta a tierra, en valores lo mas bajo posibles. Optimizar la geometría y dimensión del esquema de puesta a tierra.

Sobretensión en la cadena para SPT i nadecuado Zg

Zg

ZT

ZC(t)

Esquemas de puesta a tierra adoptados • Componentes de los esquemas adoptados  – fundación de estructuras  –  Varillas  – Contrantenas  –  Anillo • Los esquemas diseñados son los siguientes       

< 50 W.m 50 - 300 W.m 300 - 600 W.m 600 - 1000 W.m >1000 W.m EPT postes ornamentales

RESISTIVIDAD APARENTE >1000 .m Instalar el esquema para 600 a 1000 W*m y realizar tratamiento del terreno con: UFER O BENTONITA

** Tb. instalar varillas si el terreno es favorable o varillas químicas si la situación así lo exige.  1".

Estudio Geológico • Se realizó el mapeo geológico de campo el cual recomendó los sitios para pruebas y ensayos de penetración (SPT y CPT), y de mediciones de resistividad. • Con los estudios de suelos, mediciones de resistividad y mapas geológicos se determinó el tipo de  “depósito”   existente a lo largo de la línea, estos están reflejados en el Mapa Geológico a nivel superficial. • Se determinó la estabilidad de las formaciones del suelos, áreas de erosión, deslizamientos y estabilidad de taludes. • También se elaboraron mapas hidrográficos - de áreas de inundación y mapas de uso de suelos

Mapa Geológico

CARRASCO - COCHABAMBA

Mapa Geomorfólogico Mapa que indica el relieve de la región

CARRASCO - COCHABAMBA

Mapa de Uso de Suelos

CARRASCO - COCHABAMBA

Mapa Hidrográfico y de Areas de Inundación

CARRASCO - COCHABAMBA

Medición de la Resistividad del terreno • El método utilizado fue el método de Wenner (Std. 81 IEEE)

• Las mediciones se las realizaron de forma longitudinal y transversal a la línea y en los lugares donde esto no fue posible se realizaron mediciones a 45º tal como indican los gráficos.

Medición de la Resistividad del terreno  – Tabla de mediciones.  – Curva de resistividad.  – Estratificación.

Interpolación de Datos de Resistividad de Mediciones de Puesta a Tierra • Ubicación de los puntos de mediciones de resistividad  – Criterios geológicos • Límites de contacto entre tipos de litología •  Anomalías de suelos

 – Criterios de accesibilidad al punto de medición • Se encontraron una variedad de valores, desde < a 50 W*m, hasta valores > a 1000 W*m.

Estudios de Suelos y Fundaciones • Se realizaron los ensayos de penetración estándar (SPT) y los ensayos de penetración en cono (CPT), además de realizar extracciones de muestras de suelos.

Tipos de Fundaciones Utilizadas • Para las estructuras reticuladas:  – Grilla, Zapata y Pilote • Para las estructuras metálicas tubulares  – Cilíndricas •  Además se elaboró diagramas para elegir el tipo de fundación de la torre de acuerdo al tipo de terreno

Designación del Tipo de Fundaciones • El tipo de fundación de cada estructura se eligió según al tipo de suelo, nivel freático.

Cruces de Ríos • Se ubicaron los cruces de ríos en los mejores lugares posible, para:  – Evitar áreas de erosión para un periodo de 100 años  – Evitar que la torre sea inundada  – Evitar la violación del franco permitido

SECCION DE CRUCE DEL RIO SAJTA

Estudio de Impacto Ambiental - EIA  – Se realizará el EIA de Categoría I  – Para lo cual este estudio deberá presentar: • Mapas topográficos, hídricos, uso de suelos y sensibilidad ecológica. • Programa de prevención y mitigación durante la construcción. • Programa de manejos de sólidos • Cartas de consulta pública con lugareños y con el SERNAP • Medidas para evitar asentamientos en el derecho de vía • Tramitar ante la Superintendencia Forestal la autorización para el desmonte • Plan de análisis de contingencia y manejo de elementos contaminantes, etc.

Topografía y Ubicación de Estructuras en el PLS-CADD • El levantamiento topográfico se realizó con el equipo Estación Total, conformando por dos frentes de topografía • Ubicación de estructuras  – La ubicación de estructuras fue realizado en el programa PLS - CADD.  – Este programa nos permite realizar una ubicación óptima de estructuras considerando aspectos técnicos y económicos

Modelado de la Línea “Carrasco – V. Hermoso”

en el PLS-CADD Datos de entrada

Proceso de datos

Resultados

Puntos de terreno

Evaluación de ruta

Reportes

Códigos de terreno

Diferenciar zonas

Lista de materiales, etc.

Conductores Propiedades Estructuras

Modelado de línea 230 kV Carrasco  – V. Hermoso

Diagrama de uso Cálculos Cargas Francos

Exportación a sistema cad. Reportes De Construcción

Geometría básica

Criterios de diseño

Planos de Planta y perfil

Ubicación optima de estructuras

Flecha y tensiones Francos Esfuerzos en Estructuras Balanceo etc.

Flechado Ajuste de cadenas Materiales, etc.

PLS-CADD - Terreno  – El perfil fue procesado en coordenadas de cota y progresiva (PFL):

PLS-CADD - Terreno  – Francos y códigos: Franco Franco hor. vert. 230kV  230kV 

Código

Tipo de punto

200

Terreno accesible solo a peatones

7.9

0

201

Campos de cultivo

8.4

0

203

Carretera o avenida

9.2

0

204

Caminos secundarios

8.5

0

206

Senderos

7.9

0

208

Oleoducto

7.9

0

210

Cruce con linea electrica

4.3

4.3

212

Techos de edificaciones

5.5

5.8

213

Postes y letreros metalicos

4.7

4.7

214

Alambrados

7.9

0

215

Senderos

7.9

0

Conductores  – Caracteristicas físicas y de fluencia.

Conductores  – Características físicas y de fluencia.

PLS-CADD Estructuras • El

modelado en PLSCADD fue realizado en base a las siguientes características de las torres  – Geometría básica.  – Diagrama de utilización.  – Base de datos de materiales de estructuras.

 Aplicación del modelo climático en el PLS-CADD

Modelo climático Caso Velocidad máxima Velocidad media EDS Temperatura Máxima Temperatura Mínima

VANOS

FLECHADO

PESO VIENTO

 AUTOMAT.

Vel. viento [km/hr]

Temperatur  a [ºC]

130

25

75

0

0

25

0

65

0

0

MODELO

ESFUERZO MÁXIMO

FRANCOS

CLIMÁTICO

EN COND.

CARGAS

BALANCEO

PLS-CADD Zonas Prohibidas  – Con la opción de Zonas Prohibidas fue posible desechar lugares no buenos para la ubicación de la estructura

ZONA CON MAYOR COSTO ZONA PROHIBIDA

PLS-CADD Manejo Gráfico del Ploteo •  Además se realizó una verificación automática de porcentaje de uso de estructura y ángulo de balanceo.

PLS-CADD Planos de Construcción  – El plano obtenido en PLS-CADD es el siguiente:

PLS-CADD Reportes de Construcción  – También se obtuvieron los reportes de flechado y ajuste de cadenas automáticamente

PLS-CADD Planos y Reportes de Construcción  – Las planillas de estacado se obtuvieron automáticamente, y luego ordenadas de manera adecuada para la planilla de construcción

Planillas de Construcción LINEA DE TRANSMISION 230 kV CARRASCO  –  V. HERMOSO PLANILLA DE CONSTRUCCION

• Una vez terminado el replanteo, teniendo la

ubicación final de las estructuras se elaboraron las planillas de construcción

Cuantificación de Materiales DESCRIPCION

ESTRUCTURAS RETICULADAS POSTES CONDUCTOR RAIL CABLE 7/16 EHS CABLE 5/16 EHS CLASE B  AISLADOR 52-3  AISLADOR 52-5 EMSAMBLE ESTRUCTURAS SUSPENSIO EMSAMBLE ESTRUCTURAS RETENSIÓN  AMORTIGUADORES P. RAIL  VA RILLA A TIERRA GRAMPA P. VARILLA

UNIDAD CANTIDAD

TON PZA KM KM KM PZA PZA JGO JGO PZA PZA JGO

xxx xxx

ESTRUCTURAS

xxx xxx

CONDUCTORES

xxx xxx

 AISLADORES

xxx xxx xxx

FERRETERIA

xxx xxx xxx

MAT PUESTA A TIERRA

Presupuesto Estimado de la Línea

PRECIOS I ITEM

DESCRIPCION

 A MATERIALES B CONSTRUCCION C INGENIERIA Y SUPERVISIÓN COSTO TOTAL

PARCIAL PARCIAL $US M$US/KM xxx

xxx

xxx

xxx

xxx

xxx

xxx

xxx

Cronograma de Ejecución de Obra

Diagrama de Ejecución de Obras