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ANEXO 24 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LÍNEAS DE ALTO VOLTAJE
INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELÉCTRICIDAD DIRECCIÓN FORMACIÓN DE PERSONAL DEPARTAMENTO DE CAPACITACIÓN EN INGENIERÍA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LÍNEAS DE ALTO VOLTAJE
AGOSTO DE 1995
Manual de Diseño Versión Final
Diciembre 1993 Instituto Costarricense de Electricidad
INDICE 1
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 8
SIMBOLOGIA ..................................................................................................................... 9
2
AISLAMIENTO ................................................................................................... 10
2.1
GENERALIDADES ............................................................................................. 10
2.2
2.3
2.4
2.1.1
Antecedentes ............................................. 10
2.1.2
Glosario ................................................. 10
NIVELES DE AISLAMIENTO, SEPARACIONES DE SEGURIDAD EN AIRE Y DISTANCIAS DE CONDUCCIÓN SUPERFICAL .............................................. 13 2.2.1
Niveles de Aislamiento ................................... 13
2.2.2
Separaciones en Aire para Torres ......................... 14
2.2.3
Separaciones en el Vano .................................. 16
2.2.4
Separaciones de Fuga para Aisladores de Fase ............. 16
2.2.5
Aisladores entre Fases ................................... 17
SOBREVOLTAJES Y DISRUPTIVIDAD DEL AISLAMIENTO ......................... 18 2.3.1
Sobrevoltaje ............................................. 18
2.3.2
Soporte de aislamiento para aisladores de línea .......... 19
APLICACIÓN A DIFERENTES TIPOS DE LÍNEAS ...................................... 19 2.4.1
Torres de celosía de acero y postes de concreto .......... 19
2.4.2
Postes de madera ......................................... 19
2.4.3
Líneas Paralelas ......................................... 19
2.4.4
Torres con dos o más líneas. ............................. 19
2.5
HILOS DE GUARDA......................................................................................... 20
2.6
TRANSPOSICIÓN ............................................................................................. 20
2.7
DISEÑO DETALLADO ...................................................................................... 20
2.8
2.9
2.7.1
Diseño de cables de protección ........................... 20
2.7.2
Diseño de puesta a tierra de torres: ..................... 21
2.7.3
Diseño de protección contra arcos: ....................... 21
LINEAMIENTOS GENERALES PARA EL CÁLCULO DE FRECUENCIA DE FALLAS POR RAYO. ...................................................................................... 22 2.8.1
Generalidades ............................................ 22
2.8.2
Cálculo de frecuencia de falla por rayo: ................. 22
2.8.3
Experiencia operacional: ................................. 23
CAMPOS MAGNÉTICOS Y ELÉCTRICOS ......................................................... 24 2.9.1
Campo eléctrico .......................................... 24
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Manual de Diseño Versión Final 2.9.2
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Campo magnético .......................................... 25
3
CARGAS Y DEFINICIONES MECANICAS ................................................... 26
3.1
DEFINICIONES ............................................................................................... 26
3.2
SUPOSICIONES DE CARGA ............................................................................ 28
3.3
PRESION DEL VIENTO .................................................................................. 28 3.3.1
Fórmula de presión del viento ............................ 28
3.3.2
Velocidad del viento de referencia ....................... 29
3.3.3
Coeficiente de respuesta a ráfaga ........................ 30
3.3.4
Coeficiente de arrastre para estructuras tipo H. ......... 30
3.3.5
Coeficiente arrastre para torres de celosías. ............ 30
3.3.6
Coeficiente de arrastre para postes, aisladores y accesorios ......................................................... 30
3.3.7
Coeficiente de arrastre para conductores ................. 31
3.4
TEMPERATURA EN CONDUCTORES ................................................................. 32
3.5
CARGAS PRODUCIDAS DURANTE CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO ...... 32
3.6
CARGAS POR TERREMOTO .............................................................................. 33
3.7
FACTORES DE CARGA .................................................................................... 33
3.8
CALCULO DE CARGA DE DISEÑO ................................................................. 34 3.8.1
Cargas para análisis estructural ......................... 34
3.8.2
Cálculo de ángulos de oscilación del aislador y el puente. 36
3.9
TENSION Y ECUACIONES DE LA CATENARIA ............................................ 37 3.9.1
Cálculo de la tensión horizontal ......................... 37
3.9.2
Ecuaciones de la parábola ................................ 40
3.9.3
Ecuaciones de la catenaria ............................... 41
4
CONDUCTORES Y DISTANCIAS .................................................................... 45
4.1
MATERIALES, DISEÑO Y SECCIÓN TRANSVERSAL MINIMA DE LOS CONDUCTORES ................................................................................................. 45 4.1.1
Materiales ............................................... 45
4.1.2
Diseño y sección transversal mínima ...................... 45
4.2
TENSIONES PERMISIBLES ............................................................................ 46
4.3
CALCULOS DE LA TENSIÓN DEL CONDUCTOR ............................................ 47
4.4
DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE EL CONDUCTOR Y PARTES ATERRIZADAS U OTROS CONDUCTORES EN LA MISMA LINEA................ 47 4.4.1
2/112
Distancias de seguridad entre el conductor y partes aterrizadas en la misma estructura. ...................... 47
Manual de Diseño Versión Final 4.4.2
4.5
4.6
4.7
4.8
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Distancia de seguridad entre un conductor y otro, considerando el riesgo de colisión. ...................... 48
DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE CONDUCTOR Y TIERRA, RUTAS TRANSITABLES, OTRAS LINEAS Y CASAS. .............................................. 51 4.5.1
Altura del conductor sobre tierra, rutas transitable, líneas adyacentes, etc. ......................................... 51
4.5.2
Distancia de seguridad horizontal entre el conductor y caminos paralelos, ferrocarriles, casas y árboles cercanos. ......................................................... 53
4.5.3
Distancias de seguridad de los conductores a torres en otras líneas o alumbrado público. .............................. 54
LIMITACIONES PARA EL VANO REGULADOR .............................................. 54 4.6.1
Tramos entre estructuras de suspensión ................... 54
4.6.2
Comentarios sobre el vano regulador ...................... 55
UNIONES EN EL CONDUCTOR ........................................................................ 55 4.7.1
Requerimientos mecánicos ................................. 55
4.7.2
Requerimientos eléctricos ................................ 56
PROTECCION CONTRA LA OSCILACIÓN DEL CONDUCTOR ......................... 56 4.8.1
Vibración eólica ......................................... 56
4.8.2
Oscilación del subconductor .............................. 56
4.8.3
Galopeo .................................................. 56
4.8.4
Amortiguadores ........................................... 56
4.8.5
Grapas de suspensión. .................................... 57
4.8.6
Espaciadores ............................................. 57
4.9
PROTECCION CONTRA LA RUPTURA DEL CONDUCTOR DURANTE EL TENSADO.......................................................................................................... 59
5
AISLADORES...................................................................................................... 60
5.1
ESTÁNDARES Y RECOMENDACIONES INTERNACIONALES ........................... 60
5.2
CADENAS DE AISLADORES ESTANDARIZADAS ............................................ 61
5.3
NIVEL DE RADIO INTERFERENCIA. ........................................................... 61
5.4
REQUISITOS MECÁNICOS .............................................................................. 64 5.4.1
Carga de ruptura ......................................... 64
5.4.2
Diseño mecánico .......................................... 64
6
HERRAJES .......................................................................................................... 65
6.1
PRINCIPIOS DE DISEÑO GENERALES ......................................................... 65
6.2
DISEÑO TÉRMICO ........................................................................................... 65
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6.3
DISEÑO MECÁNICO......................................................................................... 65
6.4
GRAPAS DE SUSPENSIÓN Y VARILLAS PREFORMADAS ............................. 65
6.5
PROTECCIÓN CONTRA ARCOS ........................................................................ 66
6.6
CONJUNTOS DE AISLADORES ESTANDARIZADOS ........................................ 66 6.6.1
Aislamiento .............................................. 66
6.6.2
Esquemas estándar ........................................ 66
7
REGLAS DE DISEÑO DE TORRES ............................................................... 70
7.1
RECOMENDACIONES DE DISEÑO GENERAL................................................... 70
7.2
COMBINACIONES DE CARGA .......................................................................... 70 7.2.1
Generalidades ............................................ 70
7.2.2
Soportes angulares tangentes y de marcha con juegos de suspensión que incluyen juegos V. ........................ 70
7.2.3
Soporte de tensión o soporte angular con juegos de tensión. ......................................................... 71
7.2.4
Soporte Terminal ......................................... 72
7.3
REGLAS DE DISEÑO ...................................................................................... 73 7.3.1
Miembros y Retenidas ..................................... 73
7.3.2
Grosor del Material Mínimo Aceptable ..................... 73
7.3.3
Razones de delgadez máximas .............................. 73
7.3.4
Acero bajo la superficie del terreno ..................... 74
7.3.5
Uniones unidas por perno ................................. 74
7.3.6
Postes ................................................... 75
7.4
MATERIAL Y FABRICACIÓN .......................................................................... 76 7.4.1
Generalidades ............................................ 76
7.4.2
Material en miembros de acero ............................ 76
7.4.3
Fabricación de miembros de acero ......................... 76
7.4.4
Uniones Atornilladas ..................................... 77
7.4.5
El soldado ............................................... 78
7.4.6
Galvanización por inmersión en caliente .................. 78
7.4.7
Equipo de soporte ........................................ 79
7.5
POSTES ............................................................................................................ 80 7.5.1
Pruebas a los soportes ................................... 80
8
FUNDACIONES REGLAS DE DISEÑO .......................................................... 82
8.1
GENERALIDADES ............................................................................................. 82
8.2
TIPOS DE FUNDACIONES .............................................................................. 82
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8.2.1
Generalidades ............................................ 82
8.2.2
Enrejado de acero ........................................ 82
8.2.3
Atenuador y Chimenea ..................................... 82
8.2.4
Fundación sobre pilotes .................................. 83
8.2.5
Ancla de roca ............................................ 83
8.2.6
Ancla de retenida ........................................ 83
8.2.7
Fundación de poste ....................................... 83
8.3
INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS ............................................................... 83
8.4
MATERIAL ....................................................................................................... 84 8.4.1
Concreto y reforzamiento ................................. 84
8.4.2
Acero en enrejado ........................................ 84
8.5
COMBINACIONES DE CARGA .......................................................................... 85
8.6
TENSIÓN MÁXIMA PERMISIBLE ................................................................... 85
8.7
8.6.1
Concreto y reforzamiento ................................. 85
8.6.2
Acero en el enrejado y en los tornillos de ancla. ........ 85
8.6.3
Suelo .................................................... 85
ESTABILIDAD DE LA FUNDACIÓN ............................................................... 85 8.7.1
Cargas de Levantamiento .................................. 85
8.7.2
Fundación de suelo ....................................... 86
8.7.3
Fundación de roca ........................................ 86
8.7.4
Momento de vuelco ........................................ 86
8.8
EXCAVACIÓN ................................................................................................... 86
9
ATERRIZAJE FUNCIONAL Y DE PROTECCIÓN ....................................... 88
9.1
GENERALIDADES ............................................................................................. 88
9.2
DIMENSIONES Y CONFIGURACIÓN GENERAL DE LOS CONDUCTORES A TIERRA ............................................................................................................ 88 9.2.1
Dimensiones .............................................. 88
9.2.2
Conexión de los conductores de tierra a las torres ....... 89
9.2.3
Profundidad de los conductores a tierra enterrados ....... 89
9.2.4
Cruces ................................................... 90
10
SERVIDUMBRE ................................................................................................... 91
10.1
OBJETIVO ....................................................................................................... 91
10.2
ANCHO DE LA SERVIDUMBRE ........................................................................ 91
10.3
CORREDOR ....................................................................................................... 93
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10.4
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CAMPO ELECTRO – MAGNETICO ................................................................... 95 10.4.1
Campo eléctrico .......................................... 95
10.4.2
Campo magnético .......................................... 95
10.5
CALCULO DE LA SERVIDUMBRE PARA LINEAS PARALELAS ..................... 95
10.6
USO DE LA SERVIDUMBRE ............................................................................ 98
10.7
PROTECCIÓN AMBIENTAL .............................................................................. 99 10.7.1
FLORA Y FAUNA ............................................ 99
10.7.2
AGUA ..................................................... 99
10.7.3
DESECHOS ................................................ 100
10.8
LIMPIEZA DE LA SERVIDUMBRE ............................................................... 100 10.8.1
Regulaciones para la limpieza ........................... 100
10.8.2
Fuentes de agua ......................................... 100
10.8.3
Árboles peligrosos ...................................... 100
10.8.4
Restricciones de corta de árboles ....................... 100
10.8.5
Propiedades ............................................. 101
10.8.6
Descubrimientos arqueológicos ........................... 101
10.8.7
Cruce de ríos ........................................... 101
10.8.8
Huertos y jardines ...................................... 101
10.8.9
Plantaciones de azúcar .................................. 101
10.9
CAMINOS DE ACCESO .................................................................................. 101 10.9.1
Regulaciones ............................................ 101
10.9.2
Permiso de construcción ................................. 102
10.9.3
Reparación de daños ..................................... 102
10.9.4
Sitios de las torres .................................... 102
10.9.5
Pendiente de los paredones .............................. 102
10.10
EDIFICACIONES ........................................................................................... 102
10.10.1
Regulaciones ............................................ 102
10.10.2
Distancias de seguridad ................................. 103
10.11
DISTANCIAS A LAS CARRETERAS Y LINEAS FERREAS ......................... 103
11
TOPOGRAFÍA.................................................................................................... 106
11.1
GENERAL........................................................................................................ 106
11.2
RECONOCIMIENTO ......................................................................................... 106
11.3
LINEA VISTA PARA LA TOPOGRAFIA ....................................................... 106
11.4
SEÑALIZACIÓN ............................................................................................. 106
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11.5
SISTEMA DE ELEVACIÓN ............................................................................ 106
11.6
MEDICIÓN LONGITUDINAL .......................................................................... 106
11.7
MEDICIÓN TRANSVERSAL ............................................................................ 107
11.8
CODIGO DEL TERRENO ................................................................................ 107
11.9
CRUCE DE OBSTÁCULOS .............................................................................. 107
11.10
MAPAS ............................................................................................................ 107
11.11
PLANOS DE PLANTA Y PERFIL ................................................................. 108
APENDICE A .................................................................................................................... 109 CALCULO DE FALLA DE BLINDAJE ........................................................................... 109
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1
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INTRODUCCIÓN
Este manual ha sido escrito para servir como guía general del proceso de diseño y selección de materiales para líneas aéreas de transmisión de energía, con voltajes entre 138 kV y 230 kV. El manual ha sido desarrollado por el Instituto Costarricense de Electricidad en cooperación con SwedPower, Estocolmo, Suecia.
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SIMBOLOGIA Aa : área del conjunto de aisladores expuesta al viento (m²). At
: :
a ar C Ca C1 Ct Dc f fN fc Ft Fv G H k
: : : : : : : : : : : : : : :
ld li lj lpd
: : : :
lpi
:
n Pa Pc Pv TMD TP TV V
: : : : : : : :
v v10 Z Ó β
: : : : :
Û
:
Acp
área de los contrapesos expuesta al viento (m²). componente de la fuerza transversal producida por la tensión (kg). vano (m) vano regular (m) parámetro de la catenaria (m) coeficiente de arrastre (adimensional) carga longitudinal (kg) carga transversal (kg) diámetro del conductor (m) flecha (m) flecha nivel (m) factor de carga (adimensional) fuerza transversal (kg) fuerza vertical sobre la estructura (kg) factor de respuesta de ráfaga (adimensional) componente horizontal de la tensión (kg) factor que afecta la magnitud de la carga dependiendo si la estructura es de remate o suspensión. longitud total del conductor a la derecha del apoyo (m) longitud total del conductor a la izquierda del apoyo (m) longitud total del conductor del puente (jumper) (m) longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de la catenaria. A la derecha de la estructura (m). longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de la catenaria. A la izquierda de la estructura (m). número de subconductores (adimensional) peso del conjunto de aisladores (kg) peso unitario del conductor (kg/m) presión de viento que actúa sobre el conductor (kg/m²). temperatura media diaria (°C) tramo de peso (m) tramo de viento (m) componente de la fuerza transversal producida por el viento (kg). velocidad del viento (km/h) velocidad corregida a la altura real del objeto (km/h) altura sobre el terreno a la que actúa v10 ángulo de desvío de la línea (grados) coeficiente exponencial para corrección de velocidad de viento por elevación (adimensional). ángulo de incidencia del viento con respecto a la dirección de la línea (grados).
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Diciembre 1993
2
AISLAMIENTO
2.1
GENERALIDADES
2.1.1
Antecedentes
Instituto Costarricense de Electricidad
El nivel de aislamiento debe elegirse de tal forma que se obtenga un balance económico apropiado entre la seguridad operacional de las líneas y sus costos. La seguridad operacional para la línea es sumamente dependiente de su capacidad para soportar sobrevoltaje pero por razones de economía el nivel de aislamiento no puede elegirse para que soporte todo sobrevoltaje. El nivel de aislamiento normalizado debe proveer una seguridad apropiada aún cuando su valor se vea disminuido por contaminación de los aisladores, por flameo de los aisladores de una cadena o por cualquier otra causa. La separación en aire entre conductores de fase y partes de torres debe elegirse de forma tal que provea una buena seguridad operacional bajo combinaciones normales de sobrevoltaje, fuerza del viento y temperatura. Suponer que los sobrevoltaje máximos ocurren al mismo tiempo que los conductores de fase asumen la posición más desfavorable, (fuerza de viento máxima), a las condiciones más desfavorables, resulta en un diseño antieconómico.
2.1.2
Glosario
Voltaje Nominal de un Sistema Trifásico (Nominal Voltage): el voltaje r.m.s. fase-a-fase por medio del cual el sistema es diseñado y con el cual se relacionan ciertas características operativas del sistema. Voltaje Máximo de Operación de un Sistema Trifásico (Highest Voltage): el voltaje r.m.s. fase-a-fase más alto que pueda llegar a ocurrir bajo condiciones operativas normales en cualquier momento y cualquier punto del sistema. Excluye voltajes transitorios (tales como los debidos a maniobras) y variaciones de voltaje temporales debidas a condiciones anormales (tales como aquellas debidas a condiciones de falla o a la desconexión repentina de grandes cargas). Nivel de Aislamiento (Insulation Level): capacidad de soporte de sobrevoltaje producidos por maniobra e impulso y voltajes a frecuencia industrial que no causan disrupción en la línea. Nivel Ceráunico (Keraunic Level): número promedio de días de tormenta por año.
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Voltaje Nominal de Soporte (Rated Withstand Voltage): el valor de voltaje especificado que caracteriza el aislamiento de la línea en una prueba no disruptiva. Voltaje nominal no disruptivo de corta duración a frecuencia industrial (Rated Short Duration Power Frequency Withstand Voltage): valor r.m.s. de voltaje sinosoidal a frecuencia industrial que la línea debe soportar bajo pruebas hechas en condiciones especificadas y durante un tiempo especificado generalmente menor a 1 minuto. Voltaje Nominal no disruptivo de corta duración a frecuencia industrial (Rated Short Duration Power Frequency Withstand Voltage): valor pico de un voltaje de prueba al impulso ante el cual el aislamiento presenta, bajo condiciones especificadas, una probabilidad de no fallar igual a una probabilidad específica de referencia. Esta probabilidad de referencia se escoge a 90% de acuerdo con la Publicación 71 del IEC. Descarga Disruptiva (Disruptive Discharge): fallo de aislamiento bajo tensión eléctrica, en que la descarga salta completamente el aislamiento. Arqueo (Flashover): descarga disruptiva sobre la superficie de un dieléctrico en gas o líquido. Distancia de Arqueo (Flashover Distance): distancia a la que se produce corto-circuito durante un flameo. Distancia de Fuga (Leakage/Cree page Distance): distancia más corta, o suma de distancias más cortas, a lo largo del contorno exterior de las partes aislantes del aislador, medida desde las partes de metal entre las que el voltaje operación total para el aislador es aplicado normalmente. La distancia a través de la sección donde se aplica el cemento en el en el aislador no se considera como constitutiva de la distancia de conducción superficial para el aislador. Sin embargo, la distancia a través de la capa superficial semiconductora de los aisladores es considerada como distancia de conducción superficial efectiva. Conductor de una Línea: porción de una línea eléctrica que tiene la función de transportar la corriente. Haz de Conductores (Bundle Conductors): un número de conductores separados por espaciadores y conectados en paralelo.
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Conductor Duplex/Pareado (Double Conductor): haz de dos conductores. Subconductor: uno de los conductores del haz. Hilo Guarda (Shield Wire / Overhead cable aterrizado colocado paralelo fase que reduce el número de rayos conductores de fase y que también de telecomunicación paralelas.
Ground Wire - OHGW): y encima de los conductores de que golpean directamente a los reduce interferencia en líneas
Electrodo de Tierra (Earth Electrode): un conductor (o varilla) o grupo de conductores (o varillas) en contacto íntimo con la tierra, con el propósito de ofrecer una conexión a tierra. Conductor de Tierra: un conductor que pertenece a un electrodo de tierra o a una conexión eléctrica entre una pata de torre y un electrodo de tierra. Contrapeso Eléctrico Continuo (Continuo Counterpoise): electrodo de tierra que consiste de un conductor que continuamente torre tras torre.
conecta
Aterrizamiento Eficaz (Functional Earthling): puesta a tierra para desviar corriente a frecuencia industrial de modo tal que no surjan altos voltajes de toque y paso. Cuernos de Arqueo (Arcing Horns): dispositivo cuya función es la aisladores y conductores.
de
evitar
daño
por
arcos
en
Factor de Fallas a Tierra (Earth - Fault Factor): razón entre el voltaje r.m.s. de fase a tierra más alto a frecuencia industrial en una fase durante una falla a tierra y el voltaje r.m.s. de fase a tierra de frecuencia industrial que sería obtenido sin la falla. Transposición: cambio de posición de los conductores de una línea llevado a cabo para establecer simetría eléctrica adecuada de los conductores entre unos y otros y con respecto a tierra. Densidad de Rayo (Lighting Density): cantidad de rayos que caen por km² en un año. Una densidad de rayo de 1 km² se considera como valor básico. Índice de fallas por Rayo: cantidad de fallas por rayo por cada 100 km de línea por año.
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2.2
NIVELES DE AISLAMIENTO, SEPARACIONES DE SEGURIDAD EN AIRE Y DISTANCIAS DE CONDUCCIÓN SUPERFICAL
2.2.1
Niveles de Aislamiento
La Publicación 71 de IEC, “Coordinación de aislamiento” puede utilizarse como lineamiento general para determinar niveles de aislamiento. Las demandas en la confiabilidad debidas a la operación y sobrevoltajes para líneas de transmisión y subestación influyen el diseño del nivel de aislamiento. La coordinación de aislamiento entre líneas de transmisión y subestaciones debe ejecutarse de modo tal que las líneas siempre tengan un nivel de aislamiento más bajo que el de las subestaciones con la intención de que un sobrevoltaje que se produzca en la línea provoque un contorneamiento antes de que alcance la subestación. Así se obtiene un margen de seguridad adicional para la protección del equipo de subestación. Debido a las altas demandas en la confiabilidad de la línea de transmisión, el nivel de soporte puede en algunos casos ser mayor que en la subestación. En esos casos, cerca a las subestaciones, las distancias de seguridad en aire deben disminuirse hasta un nivel igual o menor que el empleado en la subestación. Este es un modo práctico y económico de disminuir fallas dentro de las subestaciones. El nivel de aislamiento se basa en valores nominales de voltaje no disruptivo a frecuencia industrial y nivel no disruptivo al impulso (Lighting Impulse Withstand Level - LIWL). Para sistemas con voltajes superiores a 300 kV, el nivel de frecuencia industrial es sustituido con el nivel nominal no disruptivo de impulso por maniobra (Switching Impulse Withstand Level - SIWL). Cuando se selecciona el nivel de aislamiento, se deben considerar los sobrevoltajes generados por el sistema mismo, aquellos generados desde el exterior por tormentas eléctricas y las exigencias impuestas por la contaminación de aisladores. En la tabla 2.1 se muestran los niveles de aislamiento mínimos de acuerdo con EIC y valores de voltajes no disruptivos a tierra.
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TABLA 2.1.
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Niveles de Aislamiento Mínimos de Acuerdo con EIC y Valores V no Disruptivos a Tierra.
Voltaje Nominal Sistema
Voltaje Máximo Sistema
Altura Sobre el Nivel del Mar
(kV)
(kV)
138
145
230
245
(m) 0 - 1000 1000 - 2000 2000 - 3500 0 - 1000 1000 - 2000 2000 - 3500
Voltaje no disruptivo a frecuen. industrial (kV) 275 300 360 460 505 600
Voltaje no disruptivo al impulso (kV) 650 715 845 1 050 1 150 1 360
Las condiciones para las pruebas de voltaje deben estar de acuerdo con la Publicación 60 del IEC, “Técnicas paras pruebas de alto voltaje”. En la tabla 2.2 se muestran los niveles de aislamiento normalizados por el ICE y valores de voltajes no disruptivos a tierra. TABLA 2.2.
Voltajes fase a tierra normalizados - ICE.
Voltaje Voltaje Nominal Máximo Sistema Sistema (kV)
(kV)
138
145
230
245
2.2.2
Altura sobre el nivel del mar (m) 0 - 1000 1000 - 2000 2000 - 3500 0 - 1000 1000 - 2000 2000 - 3500
Voltaje no disruptivo a frecuen. industrial (kV) 275 300 360 460 505 600
Número de aisladores de suspensión estándar 10 12 14 16 18 20
Voltaje no disruptivo al Impulso –Neg/PoskV 930 1 105 1 265 1 425 1 585 1 745
Separaciones en Aire para Torres
Los valores normalizados para las separaciones de seguridad mínimas en aire entre conductor de fase y partes de torres están dados en la tabla 2.4. Los requisitos en cuanto a separaciones de seguridad en aire deben cumplirse para las siguientes combinaciones de cargas de viento y temperatura.
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En la sección 3.5 del capítulo 3 se dan detalles adicionales concernientes a la carga del viento. Las temperaturas se muestran en la tabla 2.3. Combinación de Carga A: TMS: tensión media anual, calculada para temperatura media anual y viento calmo (Every Day Stress - EDS). Combinación de Carga B: Oscilación máxima de la cadena de aisladores debida al efecto del viento con la presión calculada mediante la ecuación 3.7:
donde: PV
:
presión del viento en kg/m
kph
:
velocidad del viento en k/h
d
:
diámetro del conductor en m
y la tensión calculada a la temperatura media diaria. TABLA 2.3.
Temperaturas.
Región
Temperatura anual media (ºC)
Temperatura diaria mínima (ºC)
Temperatura diaria máxima (ºC)
Valle Central
20
15
30
Costa Pacífica
27
20
35
Costa Atlántica
25
20
30
Áreas Montañosas
10
5
20
TABLA 2.4. Voltaje nominal sistema (kV) 138
230
POSTES. Distancia Mínima Fase a Tierra Altura sobre el nivel mar (m)
Combinación cargas A (mm)
Combinación cargas B (mm)
0 - 1000
1700
1000
1000 - 2000 2000 - 3500
2000 2300
1000 1000
0 - 1000
2600
1600
1000 - 2000 2000 - 3500
2900 3200
1600 1600
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2.2.3
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Separaciones en el Vano
Las separaciones de los conductores en los vanos de la línea deben calcularse considerando el riesgo de que los conductores choquen entre sí. Los valores a utilizarse están dados en el capítulo 4.
2.2.4
Separaciones de Fuga para Aisladores de Fase
El aire contiene cantidades variables de impurezas que pueden contaminar las superficies del aislador. Estas impurezas combinadas con humedad, (condensación, niebla o llovizna), producen saltos de corriente a través de la superficie de los aisladores. Para reducir el riesgo de que se produzca este tipo de falla se le da al aislamiento una ruta de conducción superficial superficialmente larga. Este no es el único factor que hay que considerar para prevenir el flameo por contaminación. La forma, diámetro, tipo, etc del aislador también son factores importantes. En la tabla 2.5 se muestra la distancia de fuga mínima para diferentes grados de contaminación en aisladores colocados verticalmente. Donde no hay riesgo de contaminación los aisladores estándar proveen suficiente seguridad. Los valores de distancia de fugas especificadas en la tabla 2.5 se aplican principalmente a aisladores con diámetros relativamente pequeños o normales y con rutas de conducción superficial de forma relativamente simples. Para aisladores de mayor diámetro o con trayectorias de conducción superficial más complicada, es conveniente escoger aisladores de suspensión estándar que conforman cadenas en “V”, los valores en la tabla 2.5 pueden reducirse en 10-20% debido a un mejor efecto de auto-lavado. Esto también es válido para aisladores estándar instalados horizontalmente, donde el efecto limpiador de la lluvia es de gran importancia. Debe tomarse en cuenta que los aisladores anti-niebla no muestran un desempeño significativamente mejor con la inclinación, por lo que la distancia de fuga de este tipo de aisladores debe elegirse siempre de acuerdo con la tabla 2.5. Cuando por razones del nivel de contaminación (fuerte o muy fuerte), se requiere hacer un lavado manual o automático o engrase de aisladores se puede utilizar una distancia de fuga menor a la especificada en la tabla 2.5. Cuando se requieren distancias de fuga sumamente largas, el nivel de aislamiento al impulso puede llegar a ser mayor que el de la subestación. En estos casos es necesario disminuir el valor del aislamiento en la vecindad de la subestación, 600 - 1000 m, por medio de cuernos de arqueo, anillos o electrodos. Para una misma condición de contaminación, la distancia de fuga se incrementa con la con la altitud. Sin embargo, las cifras dadas en la tabla 2.5 son tan aproximadas que se hace innecesario hacer este ajuste.
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El aislamiento requerido para una determinada línea está dado por el requerimiento de la línea para soportar sobrevoltajes de impulso, producidos por rayos (tabla 2.2), coordinado con los valores de separación especificados en la tabla 2.4, o por las demandas debidas a la contaminación, tabla 2.5 debe escogerse el valor que sea mayor. TABLA 2.5.
Clase
A
B
C
D
E
2.2.5
Distancias de Fuga en mm/kV de voltajes fase-fase más altos del sistema para diferentes niveles de contaminación. Tipo de Contaminación
Atmósfera limpia(sin contaminación industrial ZONAS MONTAÑOSAS, REGIONES ATLÁNTICO Y SUR). Contaminación ligera (suburbios de regiones industriales, ferrocarriles no eléctricos, con lluvias limpiadoras frecuentes). Contaminación moderada conteniendo sales solubles hasta 5% (hornos, polvo de plantas metalúrgicas, polvo de minas y caminos, polvo de fertilizantes en cantidades pequeñas, zonas volcánicas, zonas de estación seca prolongada). REGION OESTE VALLE CENTRAL, ZONAS INDUSTRIALES DE SAN JOSE, ZONA DE GUANACASTE. Contaminación severa conteniendo hasta un 15% o más de sales solubles (polvo de aluminio y trabajos químicos, plantas de cemento, fuerte fertilización agrícola, ceniza con alto contenido de azufre y sal. FABRICAS DE CEMENTO Y FERTILIZANTES. Precipitación de sal - regiones costeras, marismas. ZONAS COSTERAS.
Distanc ia de fuga mm/kV
DESD mg-cm²
Número de aisladores estándar 138 kV
230 kV
14
< 0,03
7
12
16
0,04
8
13
18
0,06
9
15
23
0,12
12
19
29
0,30
14
24
Aisladores entre Fases
Para aisladores entre fases los voltajes de soporte al impulso dados en la tabla 2.2 deben aumentarse al menos en un 115%, el voltaje de disrupción a frecuencia industrial en al menos 175% y la distancia de fuga, elegida de acuerdo con la sección 2.2.4, en al menos 175%.
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2.3
SOBREVOLTAJES Y DISRUPTIVIDAD DEL AISLAMIENTO
2.3.1
Sobrevoltaje
El sobrevoltaje en una instalación eléctrica es generado en parte por el sistema eléctrico mismo y en parte por perturbaciones de origen atmosférico. Los sobrevoltaje más importantes generados dentro del sistema son aquellos productos de operaciones de accionado de interruptores. Estos sobrevoltaje pueden ser especialmente grandes cuando el voltaje antes de la desconexión es más alto de lo normal. Los sobrevoltaje generados por el sistema mismo, la amplitud (a tierra) no excede, por regla general, 2,5 veces la amplitud del voltaje de fase del sistema. Los sobrevoltaje producidos por perturbaciones atmosféricas son producidos por rayos que caen en las cercanías de la línea o que golpea directamente los conductores o las estructuras de soporte. Los sobrevoltaje inducidos por rayos que caen en sitios cercanos a una línea por lo general no exceden los 300 kV. En la vecindad de una estación terminal, sin embargo, este sobrevoltaje puede ser duplicado por reflección. La velocidad de crecimiento de los sobrevoltaje inducidos no excede, por regla general, 50 kV/μs. Los sobrevoltajes debidos a la caída directa de rayos son más peligrosos que los sobrevoltaje inducidos, pero también son más raros. Con un blindaje adecuado, la mayoría de los rayos caen en los hilos guarda y las corrientes producidas por estos son desviadas directamente a tierra. Sin embargo, si la corriente es alta y/o la resistencia de la base de la torre es alta, puede producirse un retrodescarga (backflashover) hacia los conductores. Estas retrodescargas producen ondas de sobrevoltaje con frentes muy cortos, 0.1 μs. El blindaje de una línea nunca es perfecto y siempre existe la posibilidad de que los rayos golpeen directamente al conductor. En esos casos la amplitud de voltaje puede alcanzar miles de kV con un tiempo de frente menor a 1 μs. El sobrevoltaje producirá retrodescargas en las primeras torres cortándose de esta manera la onda. El voltaje de impulso estándar (1,2/50 μs., ver IEC Publicación 60) para pruebas de voltaje de impulso, es relativamente representativo de la onda promedio de sobrevoltaje sin truncamiento de una descarga directa. En la definición del aislamiento de una línea se pide que, como mínimo, el aislamiento soporte los sobrevoltaje generados por el sistema mismo. Las demandas de confiabilidad de la línea implican que ésta también debe soportar, hasta cierto grado, los sobrevoltaje atmosféricos.
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2.3.2
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Soporte de aislamiento para aisladores de línea
Los aisladores deben diseñarse de acuerdo con los criterios concernientes a la disruptividad de aislamiento expuestos en el capítulo 5.
2.4
APLICACIÓN A DIFERENTES TIPOS DE LÍNEAS
2.4.1
Torres de celosía de acero y postes de concreto
Para torres de acero y postes de concreto el aislamiento de línea consiste exclusivamente del aislamiento del aislador de fase. El aislamiento a tierra, por lo tanto, determina el nivel de aislamiento para el diseño. Las distancias entre electrodos de cadenas de aisladores protegidas con cuernos de arqueo, deben cumplir con las establecidas en la tabla 2.4.
2.4.2
Postes de madera
Para postes de madera el aislamiento de línea consiste del asilamiento del aislador de fase y el aislamiento de la madera. La contribución del aislamiento de madera depende del diseño del poste y el sistema de puesta a tierra. Normalmente los valores de la tabla 2.4 serán utilizados.
2.4.3
Líneas Paralelas
Si los costos por perturbaciones en caso de fallas simultáneas en las líneas son muy altos, cada línea deberá ser erigida en torres separadas y ser provista con cables de protección. La puesta a tierra de las torres será separada para diferentes líneas, con lo normalmente se dé una impedancia mutua suficientemente baja. Si tramos largos de la línea pasan por montañas o tierra de alta resistividad, la distancia entre las puestas a tierra de las torres para las líneas deberá ser mayor a aproximadamente 50 m. Esto puede lograrse alternando las torres a lo largo de la ruta para las diferentes líneas si es aceptable desde el punto de vista ambiental. No es apropiado el interconectar el sistema de puesta a tierra para diferentes líneas sin un estudio detallado de cada caso individual. La interconexión reduce, indudablemente, la frecuencia total de falla por rayo, pero aumenta el riesgo de falla simultánea de línea. Los factores importantes en esta conexión son altura y tipo de torre, resistividad de la tierra, diseño del sistema de alambre de protección, etc.
2.4.4
Torres con dos o más líneas.
Cuando dos o más líneas están suspendidas de torres comunes, existe un gran riesgo de que ocurran contorneamientos simultáneamente en más de una línea en caso de que un rayo incida
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en una de ellas. Si las líneas pertenecen a la misma red, es necesario desbalancear los aislamientos de modo que los circuitos menos importantes operen como fusibles. Además es importante reducir a un máximo la probabilidad de falla mediante la utilización adecuada de cables guarda (ver sección 2.5 y 2.7) y por medio de la puesta a tierra de las torres tan efectiva (resistencia baja) como sea posible (ver sección 2.7).
2.5
HILOS DE GUARDA
La función de cables guarda continuos es aumentar la seguridad operacional de la línea aérea contra sobrevoltajes atmosféricos, y reducir la interferencia producida por la línea en líneas de telecomunicación vecinas. La protección reduce el riesgo de caída directa de rayos a conductores de fase y posibilita conectar electrodos de tierra en paralelo, mejorando así la puesta a tierra para la línea. En la sección 2.7 se revisa el método para diseñar los de hilos de guarda.
2.6
TRANSPOSICIÓN
La transposición es recomendada para longitudes de línea mayores a 100 km.
2.7
DISEÑO DETALLADO
2.7.1
Diseño de cables de protección
Una función de los cables de protección es proteger los conductores de fase de los rayos. La ubicación de los cables de protección con respecto a los conductores de fase es determinada por el ángulo de blindaje. Este se define como el ángulo agudo entre la vertical y la línea interconectora entre el cable guarda y el conductor de fase. Si en la sección transversal de la línea, los conductores están localizados en un plano horizontal, el ángulo de blindaje para los conductores exteriores determina la seguridad de la línea contra el impacto directo de rayos. El ángulo de protección y el número de hilos de guarda, uno o dos, es determinado mediante el cálculo mostrado en el Apéndice A. Dependiendo del nivel ceráunico y el diseño específico de la línea estudiada, el ángulo de protección es de -10° y +30° dependiendo de cuando fue construida la línea y si ésta consta de 1 o 2 hilos de guarda. En los nuevos diseños, a partir de 1994, se utiliza 10° en las líneas de doble circuito y 0° en las líneas de un circuito. Dependiendo del nivel de corto circuito, el cable guarda para líneas con un solo hilo de guarda será mínimo ___.0 mm alumoweld número 7#6 Awg. Para líneas con 2 hilos de guarda, el cable será mínimo cable de acero de alto grado de alta resistencia, clase B de 9.52 mm de diámetro.
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El diseño térmico de los cables guarda está dado en Apéndice B.
2.7.2
Diseño de puesta a tierra de torres:
La puesta a tierra de torres puede ser lograda por medio de electrodos de tierra o por medio de contrapesos eléctricos continuos. Donde la tierra cercana a la torre tiene una buena conductividad, se puede utilizar un sistema de aterrizamiento compuesto por varillas de puesta a tierra y sus conductores de tierra. Cuando el suelo tiene una baja conductividad se pueden hacer pequeñas mallas de tierra formadas por la unión de los sistemas de aterrizamientos individuales mencionados anteriormente y uniéndolos mediante un cable. Cuando la conductividad es pobre, se puede buscar un terreno con mejores condiciones en los alrededores de la estructura y de ser posible, hacer una pequeña malla de tierra en ese sitio para conectarla con la torre. Otra solución es utilizar un solo cable continuo que interconecte la estructura con otras que se localicen en sitios donde el terreno tenga valores de resistividad más bajos. Este sistema frecuentemente provee de condiciones de puesta a tierra mejores que los sistemas de tierra que se puedan obtener separadamente en cada torre. El sistema que se vaya a utilizar dependerá del criterio seleccionado por el diseñador con base en los estudios básicos preliminares y los valores de resistencia que se vayan obteniendo para cada torre durante la construcción. Para diseño detallado ver el Capítulo 8.
2.7.3
Diseño de protección contra arcos:
La protección contra arcos para aisladores y conductores incluye anillos de arqueo y varillas preformadas en el conductor. Las reglas para el diseño y aplicación de la protección contra arcos están dadas en el Capítulo 5. Los anillos de arqueo generalmente reducen los niveles de aislamiento de la cadena de aisladores si a la hora de utilizarlos no se agregan aisladores extra para cumplir los requisitos en la tabla 2.4. En lo que respecta al costo de la línea, protección contra los arcos debería ser diseñada de tal manera que el aislamiento no se reduzca más de lo necesario. Cuando se instalan anillos de arqueo en el extremo del conductor de la cadena de aisladores, la distribución de voltaje sobre las cadenas será mejorada. Es sumamente importante tomar en cuenta los mayores voltajes que se pueden producir en el sistema a la hora de diseñar la protección contra arqueo. En líneas con altas corrientes de cortocircuito o de falla, los anillos de arqueo deben diseñarse de tal manera que el arco, bajo la acción de las fuerzas electromagnéticas, sea conducido hacia
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fuera con respecto a la cadena de aisladores y los conductores de fase.
2.8
LINEAMIENTOS GENERALES PARA EL CÁLCULO DE FRECUENCIA DE FALLAS POR RAYO.
2.8.1
Generalidades
La mayoría de las fallas que producen contorneamientos a través del aislamiento son provocadas por rayos. Algunas otras pueden ser provocadas por árboles que crecen demasiado alto o caen en la línea. Los sobrevoltajes por varían grandemente en magnitud, siendo los más bajos mucho más comunes. El número de contorneamientos producidos por rayos es, de este modo, dependiendo del nivel de aislamiento de la línea y, en particular, de su capacidad para soportar voltajes de impulso. La resistencia de puesta a tierra de las torres tiene también un efecto en la frecuencia de fallas por rayo. Se puede decir que cualquier zona por la que atraviesa una línea de transmisión tiene un cierto nivel ceráunico. El nivel ceráunico representa el número promedio de días de tormenta por año dentro de un área definida. Dado que el nivel ceráunico varía de un área a otra, el nivel requerido para un determinado diseño puede ser obtenido de mapas isoceráunicos. El nivel ceráunico es la estadística básica que tiene que ser conocida para una región geográfica dada para poder calcular la incidencia de rayos a tierra y sobre cualquier línea de transmisión en esa región. La densidad de rayos es la cantidad de descargas a tierra por Km² por año que es calculada a partir del nivel ceráunico de la región. (Una densidad de rayo de una descarga por Km² por año es considerada normal). La frecuencia de falla por rayo es la cantidad de descargas a la línea que causa contorneamientos y está expresada como el número de fallas por rayo por cada 100 km de línea por año. Para convertir la frecuencia de falla por rayo de un área a otra, se puede suponer que la frecuencia de falla por rayo es directamente proporcional a la densidad de rayos. Cuando se calcule la cantidad de fallas permanentes por rayo para líneas aéreas provistas con equipo de reconexión automática, puede suponerse que la reconexión de la línea es infructuosa en 20% del número total de intentos.
2.8.2
Cálculo de frecuencia de falla por rayo:
En general, cuando un rayo incide directamente sobre un conductor, se puede decir que, independientemente del nivel de aislamiento de la línea, es imposible evitar el contorneamiento. El diseño de 22/112
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línea de transmisión debe adoptar medios para evitar caída directa de rayos sobre los conductores. El diseño de protección contra rayos se detalla a continuación:
Protección contra impacto directo de rayos.
Revisión de las separaciones entre los miembros de la torre y el conductor y las separaciones entre el hilo de guarda y el conductor.
Reducción de resistencia de puesta a tierra.
Estimar de la tasa de salidas.
Generalmente diseño de blindaje significa seleccionar el ángulo de blindaje adecuado entre el hilo guarda y el conductor considerando la confiabilidad requerida de la línea. En el Apéndice A se muestra un método para calcular la probabilidad de falla del blindaje y la frecuencia de falla en líneas de transmisión. Para el cálculo del número esperado de salidas de línea, el ICE cuenta con el programa FLASH mediante el cual se pueden hacer análisis de sensibilidad para observar como varía la confiabilidad de la línea cuando se modifican los diferentes parámetros que afectan su diseño.
2.8.3
Experiencia operacional:
Para líneas equipadas con hilo guarda la frecuencia de falla por rayo es altamente dependiente de la resistencia al impulso de puesta a tierra de las torres. Como información aproximada en la figura 2.1 se muestran frecuencias de fallas por rayo para diferentes niveles de aislamiento y resistencias de puesta a tierra. La figura muestra la diferencia entre líneas de transmisión con y sin hilo de guarda así como el impacto de resistencias de puesta a tierra de torre bajas y altas.
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Frecuencia de falla por rayo Fallas por rayo por 100 km al año 1
1.
Sin hilo guarda
2a.
Con hilo guarda individual resistencia de torre 80
2b.
Con hilo guarda individual resistencia de torre 40
2c.
Con hilo guarda individual resistencia de torre 20
2d.
Con hilo guarda individual resistencia de torre 10
2,5
2,0 2a 1,5 2b 1,0
2c 2d
0,5
0
500
1000
1500
kV
Voltaje de impulso Figura 2.1
Frecuencia de falla por rayo. Nota: Los valores son válidos por rayo de un golpe por km² por año.
2.9
CAMPOS MAGNÉTICOS Y ELÉCTRICOS
2.9.1
Campo eléctrico
una
densidad
El voltaje de las líneas eléctricas crean un campo eléctrico alrededor de sus conductores. Este campo puede producir diferentes tipos de fenómenos tal como la carga de objetos de metal aislados, por ejemplo, vehículos, techos de zinc, sistemas de irrigación, cercas, etc. Estas descargas eléctricas también se pueden sentir al caminar en hierba o tocar objetos conectados a tierra. En áreas urbanizadas, se recomienda un campo eléctrico máximo de menos de 2,4 kV/m, medido a 1,4 m del suelo, en el borde de la servidumbre y menor a 8,0 kV/m medido a 1,4 m del suelo, en cualquier punto dentro de la servidumbre.
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Por más de dos décadas se han realizado investigaciones para determinar si gente, ganado y otros animales son afectados por campos eléctricos de líneas de alto voltaje. El consenso general es que, aunque hay un número de efectos bien establecidos de campos eléctricos en células y animales de laboratorio, no hay razón para creer que estos efectos son dañinos.
2.9.2
Campo magnético
El flujo de corriente en los conductores produce un campo magnético alrededor de ellos. Campos magnéticos de frecuencia industrial también pueden ser encontrados en muchos otros entornos en una sociedad moderna. Estos campos penetran tejidos biológicos más que los campos eléctricos. Una gran cantidad de estudios epidemiológicos involucrando campos magnéticos se han realizado durante los diez últimos años. Tomados conjuntamente, estos estudios se contradicen entre sí, y no ha sido posible al día de hoy reproducir ningún resultado cuando los estudios se repiten en otros centros de investigación. La única conclusión a la que se ha podido llegar con certeza es que, de ser cierto que los campos magnéticos de baja frecuencia representan un peligro para la salud, este debe ser tan pequeño que no se ha logrado medir. Sin embargo, hasta tanto los investigadores no lleguen a ponerse de acuerdo sobre el tema, es conveniente hacer esfuerzos por reducir la exposición a campos magnéticos a gente que viva cerca de las líneas siempre y cuando esto pueda lograrse sin incrementar el costo de la obra. Esto puede ser logrado optimizando la ruta de la línea de tal manera que se evite en la medida de lo posible zonas urbanas, escuelas, hospitales, etc.; diseñando adecuadamente el ancho de la servidumbre de paso; limitando las construcciones dentro de ella; utilizando torres de campo bajo con un diseño triangular; haciendo uso de diseños de líneas compactos donde se pueden agregar circuitos de distribución sobre las mismas estructuras; utilizando diseños de “fase – dividida” de los conductores; etc.
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3
CARGAS Y DEFINICIONES MECANICAS
3.1
DEFINICIONES
Longitud de vano “a” El vano o la longitud del vano, denotado por “a”, es la distancia horizontal entre dos torres adyacentes. Vano regulador, “ar“: es el vano que refleja el comportamiento de una serie de vanos “a” entre dos torres de tensión. El vano regulador es calculado como: (3.1) Fuerza transversal “Ft“ La fuerza transversal, “Ft“, está compuesta por la fuerza “V” producida por el viento al soplar contra el conductor (ver figura 3.1) y por la fuerza “A” producida por la tensión del conductor cuando existen cambios en la dirección de la línea (ver figura 3.2). La componente debida siguiente ecuación:
al
viento
se
calcula
de
acuerdo
a
la
(3.2) donde: V
:
componente de la fuerza sobre la estructura (kg).
Pv
:
presión de viento que actúa sobre el conductor. Ver cláusula 3.3 (kg/m²).
Dc
:
diámetro del conductor (m).
TV
:
tramo de viento (m).
La componente calcula:
debida
al
cambio
de
horizontal
dirección
debida
de
la
al
viento
línea
se
(3.4) donde: At
:
componente de la fuerza transversal debida al cambio de dirección de la línea (kg).
H
:
componente horizontal de la tensión (kg).
:
ángulo de desvío de la línea (grados).
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Fuerza vertical “Fv” Es la longitud de conductor que produce una fuerza vertical debida al peso propio del cable (ver figura 3.3). Esta longitud se calcula a partir de la distancia horizontal entre los dos vértices de la catenaria, formada por el conductor, en los vanos adyacentes a la torre. (El vértice es el punto de la catenaria donde la pendiente cambia de dirección). Para calcular esta fuerza se utiliza la siguiente ecuación: (3.5) donde: Fv
:
fuerza vertical sobre la estructura (kg)
Pc
:
peso unitario del cable (kg/m)
TP
:
tramo de peso (m). (3.6)
donde: lpi
:
longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de la catenaria. Del lado izquierdo de la estructura (m)
lpd
:
longitud de conductor desde el apoyo hasta el vértice de la catenaria. Del lado derecho de la estructura (m).
Así, si los puntos de sujeción del conductor en la torre, en tres estructuras sucesivas, están al mismo nivel, el vano de viento para la torre intermedia es igual al vano de peso. Además, el vano de peso no varía con los cambios en la carga sobre el conductor, i.e., viento o temperatura. Para torres situadas en diferentes elevaciones se deben calcular los cambios en vano de peso debidos a cambios en las cargas sobre el conductor. ah a1
a2 -h1 1
-h1
+h2
-h2 1 2
2
avx avy Figura 3.1
3
3
avx avy Figura 3.2
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Carga Es la fuerza a que están sometidas los conductores, las estructuras y herrajes multiplicada por coeficientes con el objeto de adaptarla a las condiciones de diseño. Tensión Media Diaria (TMD) La TMD es la componente horizontal de la tensión del conductor a la temperatura media anual, del conductor, cuando no hay viento y después de la fluencia (tensión final). Soporte de suspensión tangente Soporte localizado en una porción de línea esencialmente recta. Soporte de suspensión en ángulo Soporte utilizado en ángulos pequeños o medios de desviación de la ruta, estando los conductores sujetos por conjuntos de aisladores del tipo de suspensión. El ángulo máximo de desviación de la ruta recomendado para este tipo de estructuras es de 5 grados. Soporte de ángulo Soporte localizado en un punto donde la ruta de la línea, en plano horizontal, cambia sustancialmente en dirección. Los conductores se sujetan a la estructura por medio de conjuntos de aisladores del tipo de remate. Soporte de remate intermedio Soporte de ángulo o tangencial con conjuntos de tensión que limitan secciones de una línea, o donde el tipo de conductor o la tensión de diseño cambia. Soporte de remate final Soporte diseñado para terminar la tensión de la línea. Se coloca en los extremos de la misma.
3.2
SUPOSICIONES DE CARGA
Cuando se diseña una línea se deben tomar en cuenta las cargas debidas a conductores reventados, la carga vertical y la carga horizontal de los conductores, a diferentes temperaturas. También deben tomarse en cuenta las cargas temporales producidas durante la construcción y mantenimiento.
3.3
PRESION DEL VIENTO
3.3.1
Fórmula de presión del viento
Para cualquier estructura o conductor la presión del viento está dada por:
REVISAR PARA TORRES 28/112
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(3.7) donde: Pv
:
presión del viento (kg/m²)
v
:
velocidad de viento de referencia de acuerdo con la cláusula 3.3.2 (km/h)
G
:
factor de respuesta de ráfaga, ver cláusula 3.3.3.
Ca
:
Coeficiente de arrastre de acuerdo con cláusulas 3.3.4 y 3.3.7.
Para convertir la presión del viento en fuerza se debe multiplicar la presión por el área “A” de superficie proyectada normal a la dirección del viento (m²). Para torres de celosías “A” es solamente el área de una de las caras. Para el caso de conductores y elementos cilíndricos el área se calcula multiplicando el diámetro por la longitud del elemento.
3.3.2
Velocidad del viento de referencia
La velocidad de viento de referencia “v” excepto:
es
80
km/h
(22,5
m/s)
-
Parte norte – occidental (Guanacaste)
v = 90 km/h (25,0 m/s)
-
Lado oeste del Valle Central
v = 100 km/h (28,0 m/s)
-
Áreas montañosas del norte (Guanacaste al oeste de la longitud 84 30’
v = 120 km/h (33,5 m/s)
Las ráfagas de viento tienen un frente tal que pueden afectar una torre completa, pero solamente partes de un vano. Este efecto es considerado en los coeficientes de arrastre. Si se pueden esperar velocidades extremas de viento debidas a la influencia local del terreno, se deben llevar a cabo investigaciones especiales para determinar la velocidad de viento real. Tales influencias del terreno pueden ser: encauzamiento del viento, montañas y colinas, valles y regiones costeñas. Las velocidades de ráfaga de viento aumentan con la altura sobre el terreno. Los valores dados anteriormente son válidos para torres y accesorios a alturas de hasta 25 m sobre el nivel del terreno. Para niveles más altos la velocidad de viento debe calcularse de acuerdo con la siguiente ecuación: (3.8) donde: Z
:
altura sobre el terreno (m).
v10
:
velocidad corregida (km/h).
β
:
coeficiente exponencial, β = 4,5. 29/112
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3.3.3
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Coeficiente de respuesta a ráfaga
El coeficiente de respuesta a ráfaga “G”, es: -
Para conductores o superficies cilíndricas, G = 1,0.
-
Para
conductores
en
el
cálculo
de
movimiento
de
cadenas
de
aisladores de suspensión o balanceo de conductores, G = 0,52. -
Cualquier otro caso, G = 1,6.
3.3.4
Coeficiente de arrastre para estructuras tipo H.
El coeficiente de arrastre “Ca” para una estructura tipo H es: -
Para miembros de lado plano Ca = 1,8
-
Para miembros de sección circular Ca = 1,1
3.3.5
Coeficiente arrastre para torres de celosías.
El coeficiente de arrastre Ca para torres de celosía depende de la forma de los miembros, la sección transversal de la torre y la dirección de viento, (ver tabla 3.1). Tabla 3.1 Coeficiente de arrastre “Ca” para torres de celosía. Sección de torre
Miembros
Dirección del viento
Ca
Rectangular
Lado plano
Perpendicular
3,2
Rectangular
Lado plano
Contra una esquina
3,8
Rectangular
Circular
Perpendicular
1,9
Rectangular
Circular
Contra una esquina
2,3
Triangular
Lado plano
Cualquiera
2,8
Triangular
Circular
Cualquiera
1,7
3.3.6
Coeficiente de arrastre para postes, aisladores y accesorios
Los coeficientes de arrastre “Ca” para postes de concreto y madera, cadenas de aisladores y miembros individuales se dan en la tabla 3.2. Para conjuntos de aisladores sencillos el área de exposición al viento se calcula con el diámetro externo de los aisladores. Para conjuntos de aisladores dobles o de más cadenas paralelas, la carga del viento se calcula tomando el efecto total del viento en cada cadena.
Tabla 3.2 30/112
Coeficiente de arrastre “Ca”.
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Miembro
Ca
Poste redondo
1,0
Poste poligonal
1,3
Poste cuadrado
1,8
Cadena de aisladores
1,2
Caras planas
2,0
Caras circulares: Superficie lisa con diámetro < 270 mm
1,2
Superficie lisa con diámetro ≥ 270 mm
0,6
Superficie rugosa
1,4
3.3.7
Coeficiente de arrastre para conductores
Para los conductores el coeficiente de arrastre Ca = 1,0, que incluye el factor de respuesta de ráfaga y reducción para vano de viento largo. Cuando el ángulo de incidencia “Ω” del viento con la dirección de la línea, es menor de 90°, la carga del viento normal al conductor se calcula multiplicando la ecuación 3.7 por sen (Ω). En la figura 3.3 puede observarse que la resultante no está en la bisectriz del ángulo de línea. Para dos o más conductores paralelos, la carga del viento se calcula tomando en cuenta el efecto total del viento actuando sobre cada conductor. Dirección del Viento 1
2 Vano 2
Vano 1
F2
F1 Resultante de fuerzas normales a los vanos 1 y 2 Figura 3.3
31/112
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3.4
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TEMPERATURA EN CONDUCTORES
La TMD, temperaturas mínimas y máximas en conductores se dan en la tabla 3.3. La temperatura de conductor máxima, +80 °C, sin viento, incluye el calor del aire, la radiación solar y la corriente eléctrica. Las líneas deben diseñarse para operar a una temperatura de +100°C bajo condiciones de emergencia, esto es una situación que puede presentarse durante 10 h/año. En estos casos se permite que las distancias de seguridad especificadas en el Capítulo 4, cláusula 4.5 se disminuyan en 2 m en lo que se refiere a separaciones verticales a terrenos agrícolas. En el resto de los casos se deben guardar las distancias ahí indicadas. La temperatura del conductor durante un cortocircuito depende del área y material del conductor y del tiempo y magnitud de la corriente de cortocircuito, que a su vez depende de la ubicación de la falla. Por “tiempo de falla” se designa al tiempo de falla máximo efectivo, 0,5 s, que depende del diseño de la protección de relé. Las temperaturas permitidas son dadas en el Capítulo 4, cláusula 4.12. Tabla 3.3
Temperatura en conductores (°C)
Región
TMD
Mínima
Máxima
con viento
Máxima
Emergencia
Normal
(10 h/año)
Valle Central
20
15
30
80
100
Costa Pacífica
27
20
35
80
100
Costa Atlántica
25
20
30
80
100
Áreas montañosas
10
5
20
80
100
3.5
CARGAS PRODUCIDAS MANTENIMIENTO
DURANTE
CONSTRUCCIÓN
Y
Los miembros de una torre deben ser capaces de soportar el peso de un lindero, correspondiente a una carga puntual de 200 kg, incluyendo el factor de carga, en el punto más desfavorable. Durante las operaciones de tensado y reparación de conductores los soportes pueden estar expuestos a cargas verticales mayores al peso propio de los conductores. Cuando los conductores se bajan al suelo manteniendo la dirección de la línea, se originan desbalances longitudinales en la tensión de los conductores. En un terreno montañoso se deben considerar, además de las cargas verticales mencionadas anteriormente, las cargas horizontales originadas por el desbalance de tensiones producido cuando los conductores descansan en las poleas. Esta carga horizontal depende de la diferencia en altura que exista entre los puntos de soporte del vano. 32/112
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También se deben considerar las cargas producidas sobre el soporte durante las operaciones de tendido y tensado de los conductores. Estas cargas son producidas por la pendiente, que durante el tensado, se produce en el conductor entre el punto de soporte y el equipo tensor o las anclas a tierra. Está pendiente tendrá una razón de 1 (vertical) a 3 (horizontal).
3.6
CARGAS POR TERREMOTO
Las cargas producidas por un terremoto pueden ser, en general, despreciadas dado que las estructuras autosoportadas tienen la capacidad para absorber cargas sísmicas básicas.
3.7
FACTORES DE CARGA
Las torres, anclas y fundaciones deben diseñarse de tal modo que, sin exceder su tensión permisible, puedan soportar las cargas externas multiplicadas por los factores de carga “fc” de acuerdo con la tabla 3.4. Las tensiones y flechas del conductor deben calcularse sin considerar estos factores de carga. Las separaciones de seguridad eléctricas en aire deben calcularse sin los factores de carga. Para fundaciones, los factores de carga deben ser un 15% mayores que los valores indicados en la tabla 3.4, los cuales puede ser calculados multiplicando las reacciones de los soportes del análisis estructural por 1,15. Tabla 3.4
Factor de carga “fc” Tipo de carga
fc
Casos de carga normales: Viento sobre la estructura
1,10
Viento sobre conductores y tensión del conductor
1,67
Peso muerto
1,84
Casos de carga de conductor reventado: Viento sobre la estructura
1,10
Viento sobre conductores y tensión del conductor
1,30
Cargas longitudinales
1,30
Peso muerto
1,43
Casos de carga de construcción y mantenimiento: Peso muerto
1,84
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3.8
CALCULO DE CARGA DE DISEÑO
3.8.1
Cargas para análisis estructural
Las cargas para las combinaciones de carga dadas en cláusula 6.2 se calculan de acuerdo con las siguientes fórmulas.
a.
Cargas transversales:
Las cargas transversales de diseño de los elementos estructurales se calculan de acuerdo con la ecuación 3.9. Para una dirección de viento dirigida hacia una esquina de la estructura la carga Ct será dividida en componentes transversales y longitudinales. (3.9) donde: Ct
:
carga de diseño transversal para elementos estructurales (kg).
Ft
:
fuerza transversal sobre elementos estructurales (kg).
fc
:
factor de carga.
La carga transversal de diseño debida al viento soplando contra los conductores y conjuntos de aisladores se calcula de acuerdo a la ecuación 3.10.
o sea
(3.10) donde: n
: número de subconductores.
fc
: factor de carga de acuerdo con la tabla 3.4
v
: velocidad del viento de acuerdo con cláusula 3.3.2 (km/h).
TV
: tramo de viento de acuerdo con cláusula 3.1 (m).
Dc
: diámetro de conductor (m).
Ω
: ángulo de incidencia del viento con respecto a la dirección de la línea, ver cláusula 3.3.7.
H
: tensión horizontal del conductor considerando la temperatura y fuerza del viento sobre el cable (kg).
: ángulo de desvío de la línea.
Aa
: área del conjunto (s) de aisladores expuesta al viento (m²).
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El producto de los factores CaG = 1,6 del primer término de la ecuación es el valor del coeficiente de ráfaga actuando sobre torres de celosía. El producto de los factores CaG = 1,0 y 1,2 del tercer término de la ecuación anterior son los coeficientes de arrastre de la ecuación 3.7 para conductores y aisladores, respectivamente.
b.
Cargas longitudinales.
Las cargas longitudinales de los conductores se calculan acuerdo con la ecuación 3.11 para conductor reventado estructura de suspensión o estructura de tensión.
de en
(3.11) donde: C1
: carga longitudinal (kg).
n
: número de subconductores.
k
: 1,0 para estructuras de suspensión. 1,0 para estructuras de remate.
fc
: factor de carga de acuerdo con la tabla 3.4.
H
: carga de tensión en el conductor considerando la temperatura y carga del viento en conductor (kg).
c.
Cargas verticales.
Las cargas verticales de miembros estructurales se calculan de acuerdo con la ecuación 3.12 para conductores y conjuntos de aisladores. (3.12) donde: Cv
: carga vertical (kg).
fc
: factor de carga de acuerdo con la Tabla 3.4.
n
: número de subconductores.
Pc
: peso muerto de un conductor o hilo de guarda (kg/m).
TP
: tramo de peso considerando temperatura y carga del viento en el conductor.
Pa
: peso del conjunto de aisladores (kg).
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3.8.2
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Cálculo de ángulos de oscilación del aislador y el puente.
En las cláusulas 2.2.2 y 4.4.1 se dan las distancias de seguridad entre conductores y partes de la estructura de soporte. El diseño debe considerar la oscilación de los aisladores o del puente. El ángulo de oscilación en el plano vertical perpendicular a la línea se calcula con la siguiente ecuación: (3.13) donde: θ
:
ángulo de oscilación (grados).
Ct
:
carga transversal (kg).
Cv
:
carga vertical (kg).
a.
Cargas transversales
Para aisladores y conductores: La carga transversal de conjuntos de aisladores y conductores se calcula de acuerdo con la ecuación 3.14. El factor G = 0,52 y G = 0,83 representan una disminución a un 72% de la velocidad del viento de acuerdo con la cláusula 2.2.2.
o sea: (3.14) Para puentes: La carga transversal de conductores en puentes, con o sin juego de aisladores, se calcula de acuerdo con la ecuación 3.15. Para un puente, no se puede utilizar la reducción. El balanceo del puente se calcula utilizando el coeficiente de arrastre para accesorios C = 1,2 de acuerdo con la cláusula 3.3.6 y el factor de respuesta de ráfaga G = 0,52 para el conductor y el conjunto de aisladores de suspensión (si lo hay).
o sea, (3.15) donde:
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Ct
: carga transversal (kg).
n
: número de subconductores.
v
: velocidad del viento de acuerdo con la cláusula 3.3.2 (km/h)
TV
: tramo de viento de acuerdo con la cláusula 3.1 (m).
lj
: longitud de conductor en el puente (jumper) (m).
Acp
: área de los contrapesos expuesta al viento (m²).
Dc
: diámetro del conductor (m).
H
: tensión del conductor, considerando temperatura y carga del viento sobre el conductor (kg).
Aa
: área de los aisladores o conjunto del puente (m²).
b.
Cargas verticales
La carga vertical se calcula de acuerdo con la ecuación 3.16. (3.16) donde: Cv
: carga vertical (kg).
n
: número de subconductores.
Pc
: peso unitario del conductor (kg/m).
TP
: tramo de peso, considerando temperatura y carga de viento sobre el conductor. Para el puente, TP es la longitud del conductor en el puente (lj) (m).
Pcp
: peso de los contrapesos (kg).
Pa
: peso del conjunto de aisladores o del puente (kg).
3.9
TENSION Y ECUACIONES DE LA CATENARIA
3.9.1
Cálculo de la tensión horizontal
Un conductor suspendido entre dos soportes toma la forma de una curva catenaria si está uniformemente cargado. Generalmente se puede, sin error significativo, considerar la curva como una parábola. La curva iniciales efecto de debida a grado que
del conductor debe calcularse para tensiones y flechas y finales. Las tensiones y flechas finales consideran el la elongación de 10 años de fluencia lenta (creep) o la cargas pesada, si esta alarga el conductor en un mayor la debida a la fluencia.
Las cargas producidas por las esferas de señalización aéreas situadas con un espaciamiento uniforme en el vano, pueden ser
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consideradas distribuidas.
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como
cargas
de
viento
y
peso
uniformemente
Las limitaciones para las tensiones en los conductores se dan en la cláusula 4.2. Para el cálculo del cambio de tensión de los conductores debido a cambios en la presión del viento y/o la temperatura, se puede utilizar la ecuación del cambio de estado, derivada de una aproximación a la parábola. (3.17) donde: ar
:
vano regulador (m).
A
:
área total del conductor (mm²).
:
esfuerzo producido por la tensión (kg/ mm²).
Pr
:
(Pc2 + Pv2)½, carga resultante en conductor (kg/m).
:
coeficiente de expansión térmica (mm/mm/°C).
∆T
:
T-T0, diferencia en temperatura (°C).
T
:
temperatura (°C).
ϵ
:
deformación unitaria a temperatura T y tensión H (mm/mm).
Lo
:
longitud inicial.
inicial
a
temperatura
inicial
T0
y
tensión
Utilizando la ecuación de cambio de estado es posible ir de una condición de ambiental dada a otra. Los valores iniciales son el esfuerzo y temperatura en el momento requerido, con los que se obtiene la longitud inicial L0. Para poder hacer cálculos precisos de la variación de la tensión con la temperatura, viento y tiempo, se debe conocer la curva esfuerzo – deformación – fluencia del conductor. Las curvas típicas para conductores ACSR se muestran en la figura 3.4. Estas curvas pueden ser expresadas como un polinomio de la forma (3.18)
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Figura 3.4
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- Curvas esfuerzo deformación.
En el cálculo, la curva a ser utilizada para tensión inicial es la curva 1, que es la suma de las curvas esfuerzo – deformación iniciales del acero y del aluminio. El punto B, llamado de carga pesada, se calcula a la tensión inicial, con carga de viento máxima y temperatura mínima. El punto C se calcula con la curva 3, llamada fluencia lenta de 10 años, a temperatura TMD y sin viento. La temperatura TMD de acuerdo con la tabla 3.3. Para hacer el cálculo, la curva 2 se mueve paralela a sí misma, desde el punto A hasta el punto B, para obtener la nueva curva 4, y al punto C para obtener la nueva curva 5. De las nuevas curvas 4 y 5, debe seleccionarse la que dé la mayor deformación. Por ejemplo, en la figura 3.4, se debe utilizar la curva 5 para calcular las tensiones y flechas finales. En las ecuaciones anteriores, “sigma” es el esfuerzo a que está sometido el conductor en el punto más bajo de la catenaria. Como en un cable donde la carga está uniformemente distribuida no existe otra componente en la dirección horizontal que la tensión del conductor en el punto más bajo de la catenaria, la componente horizontal de la tensión del conductor tiene que ser igual a lo largo de todo el vano.
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3.9.2
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Ecuaciones de la parábola
Las ecuaciones que representan matemáticamente el conductor son expresiones hiperbólicas, difíciles de utilizar sin la ayuda de un computador. Sin embargo, en la mayoría de los casos se pueden aproximar a funciones parabólicas que simplifican los cálculos sin perder mayor precisión. En un vano a nivel la ecuación de la parábola para calcular la flecha en el punto medio es: (3.19) La flecha calculada para un vano regulador puede ser transformada a un vano arbitrario “ax” con la ecuación 3.20. (3.20) donde: fx
:
flecha del vano requerido (m).
ax
:
vano requerido (m).
Si los soportes están a diferentes elevaciones entonces el punto bajo del conductor no está en el punto medio del vano. En este caso la flecha se calcula de acuerdo con la siguiente ecuación: (3.21) donde: b
:
es la distancia entre apoyos (m).
a
:
vano (m).
C
:
parámetro de la catenaria (m).
Δ h
:
diferencia de elevación entre apoyos (m).
Por lo general ecuación
se
puede
despreciar
el
segundo
miembro
de
la
Las distancias horizontal x1 y vertical fN, desde el apoyo inferior al punto más bajo del cable, figura 3.5, se calculan con la curva de la parábola de acuerdo con las ecuaciones 3.22 y 3.23. Las ecuaciones son válidas para delta h ≤ 0,4a. (3.22) (3.23)
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h
b bv
av
a/2 a
Figura 3.5 Punto bajo de diferentes elevaciones.
3.9.3 a.
flecha
cuando
los
soportes
están
a
Ecuaciones de la catenaria
Cálculo de las distancias de los apoyos a los vértices de la catenaria: (3.24)
donde: X1
:
distancia horizontal entre el vértice de la catenaria (m).
apoyo
más
a
:
vano (m)
Δh
:
diferencia de elevación entre soportes (m).
c
:
constante de la catenaria = H/ Pc (m).
H
:
componente horizontal de la tensión (kg).
Pc
:
peso unitario del conductor (kg/m).
bajo
y
el
(3.25) donde: X2
:
distancia horizontal entre el vértice de la catenaria (m).
apoyo
más
alto
y
el
Para el cálculo aproximado de X1 se puede utilizar la siguiente ecuación: 41/112
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(3.26) b.
Longitud del conductor: (3.27)
donde: l
:
longitud de conductor catenaria (m).
del
apoyo
al
vértice
x
:
distancia horizontal entre el apoyo y el vértice de la catenaria (m).
ECUACIONES DE LA CATENARIA METODO APROXIMADO METODO PRECISO
(para
1. Ecuación de la catenaria
1.
2. Longitud del conductor
2.
3. Tensión total 3.
4. Distancia entre apoyos y origen
42/112
4.
h 0,4 ) a
de
la
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a a/2 y b
l2
h
f l1
fn x
H X3 X2
X1
ECUACIONES DE LA CATENARIA METODO APROXIMADO METODO PRECISO
(para
1.
Ecuación de la catenaria
1.
2.
Longitud del conductor
2.
3.
Tensión total
3.
h 0,4 ) a
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4.
Distancia entre apoyos y origen
4.
5.
Ángulos en las grapas
5.
6.
Flecha a nivel 6.
Flecha real
Distancia entre mitad vano y punto de tangencia de la flecha.
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4
CONDUCTORES Y DISTANCIAS
4.1
MATERIALES, DISEÑO Y SECCIÓN TRANSVERSAL MINIMA DE LOS CONDUCTORES
4.1.1
Materiales
Los conductores pueden ser de aluminio reforzado con acero (ACSR), aleación de aluminio (AAAC) o conductores de acero (hilo guarda). En zonas volcánicas donde se utilicen conductores ACSR se recomienda que el refuerzo de acero esté recubierto con aluminio. El material, la fabricación y pruebas cumplirán los requisitos de las normas de ASTM e IEC: ASTM A 363
Hilo de guarda de acero galvanizado.
ASTM B 232 (M)
Conductores de aluminio en capas torsionadas concéntricamente, reforzado con acero (ACSR).
ASTM B 399 (M)
Conductores de aleación de aluminio 6201-T81 de capas torsionadas concéntricamente.
ASTM B 416
Conductores de acero revestidos torsionados concéntricamente.
Publ. IEC 1089
Conductores eléctricos de torsionados concéntricamente.
4.1.2
en
hilos
aluminio redondos
Diseño y sección transversal mínima
Los conductores siempre tendrán una sección transversal tal, que durante su operación normal, no se calienten a temperaturas que pongan en riesgo la reducción de su tensión de ruptura. Tomando esto en consideración, se permite una temperatura de 100°C para conductores ACSR, o conductores de aleación de aluminio (AAAC), por un tiempo acumulado de 48 horas anuales (condición de emergencia). Un tiempo más largo podría permitirse después de un estudio de las consecuencias para el conductor. Ver también la cláusula 3.4. Los conductores también tendrán una sección transversal tal, que la temperatura durante un cortocircuito, en ningún punto a lo largo de la línea, exceda los 200°C para conductores ACSR, o de aleación de aluminio (AAAC). Para conductores de acero la temperatura no excederá los 300°C durante un cortocircuito. Los cables de protección (hilo guarda) recomendados son: Acero aluminizado: 7 No. 7 AWG: Area 73.87 mm² 7 No. 8 AWG: Area _____ mm²
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Cable de acero de alta resistencia: 3/8”, 7 hilos, área 51 mm² con revestimiento de zinc, clase B. Los conductores recomendados para utilizados se dan en la tabla 4.1. Tabla 4.1
los
diferentes
voltajes
Conductores de fase
Nombre
kCM
Área
Hilos
mm²
N°
Notas
138 kV ACSR1: Linnet
336.4
198
26/7
Grosbeak AAAC:
636
375
26/7
Canton
394
200
19
600
375
18/19
2xGrosbeak
2x636
2x375
26/7
Drake
2x795
2x468
26/7
954 795 954
517 455 517
54/7 54/7 45/7
utilizado recomendado
pero
no
utilizado pero no recomendado en zonas donde haya contaminación salina.
ACAR: Cabadelo 230 kV
reconstrucciones
ACSR1:
Cardinal Condor Rail
4.2
utilizado pero no recomendado, solo apareado. utilizado pero no recomendado, solo apareado altitud ≤ 800 m altitud > 800 m
TENSIONES PERMISIBLES
La magnitud de la tensión en los conductores debe limitarse, considerando el riesgo de ruptura por fatiga, debida a la vibración del conductor. En la tabla 4.2, la tensión permisible está dada como un porcentaje de la tensión de ruptura (TR), para diferentes condiciones de carga. Como el riesgo causado por las vibraciones no depende exclusivamente de la magnitud de la tensión, sino también de otras condiciones, tales como el tipo de terreno, tipo de sujetador del conductor, longitudes de vano y la existencia y diseño de amortiguadores de vibración, debe tenerse especial cuidado con
1
En regiones de ambiente corrosivo (franja 5 km de las de costas; zonas influencia volcánica) se utiliza el alma de acero recubierta de aluminio: ACSR/AZ
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estos detalles para que las tensiones permitidas en la tabla 4.2 sean aplicables. Tabla 4.2
Tensión permisible en conductores Condiciones de carga
Tensión permisible
Viento
Tensión
10% de TR
Sin viento
final
TMD
22% de TR
Sin viento
inicial
TMD
final
TMD
30% de TR (1) (2)
4.3
100% viento
(2)
Temperatura
(1)
Temperatura ver Capítulo 3, tabla 3.3. Carga de viento, ver cláusula 3.3.
CALCULOS DE LA TENSIÓN DEL CONDUCTOR
Los cálculos se realizarán de acuerdo con el “Método gráfico para cálculos de flecha – tensión para ACSR y otros conductores” o las fórmulas en la cláusula 3.9. Las cargas y tensiones en el conductor se calculan sin factores de carga. Entonces, para el diseño de torres y postes, el resultado del cálculo de la tensión del conductor se debe multiplicar por los factores de carga, de acuerdo con la cláusula 3.7. Conductores con hilos de aluminio o sus aleaciones se permanentemente con el tiempo debido a la fluencia progresiva en el aluminio. Este fenómeno aumenta conforme la tensión y la temperatura. En condiciones normales, la progresiva ocurre con velocidad decreciente.
elongan (creep) aumentan fluencia
Debido a que la fluencia tiene lugar durante un período de tiempo largo, la flecha y tensión para los conductores deben ser calculadas tomando, y sin tomar en cuenta, la fluencia. Para el cálculo de distancias de seguridad y de fuerzas actuantes en estructuras de soporte, deben utilizarse los valores más desfavorables de flecha y tensión (excepto para el caso de la tensión máxima donde se utiliza su valor final).
4.4
DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE EL CONDUCTOR Y PARTES ATERRIZADAS U OTROS CONDUCTORES EN LA MISMA LINEA.
4.4.1
Distancias de seguridad entre el conductor y partes aterrizadas en la misma estructura.
Las distancias de seguridad mínimas permisibles, en aire, entre partes vivas (conductor, grapas de suspensión, cuerno de arqueo, puentes, etc.) y partes aterrizadas en la torre están dadas en la cláusula 2.2.2. Para el cálculo de estas distancias se debe tomar en cuenta la condición de tensión más desfavorable.
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La distancia sigue:
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de
seguridad
a
los
anclajes
se
determinará
como
Bajo la suposición de que el ancla se diseñe no solamente para carga mecánica sino también para las corrientes de falla a tierra, se aplicará la distancia en la tabla 2.3, del Capítulo 2. De otra manera, para la combinación de carga A, la distancia será 50% mayor que la distancia de seguridad dada en la tabla 2.3. La densidad de corriente durante contorneamiento (flashover) en un tiempo de falla de 0.5 s en un ancla no debe ser mayor que 89 A/mm² para anclas de acero, y 146 A/mm² (en área de Al) para anclas de aluminio con refuerzo de acero. Para un tiempo de falla de 1 s, la corriente está limitada a 63 y 103 A/mm² respectivamente. La densidad de corriente se calcula con un aumento de temperatura desde +30°C hasta +300°C para anclas de acero y a +200°C para anclajes de aluminio reforzadas con acero. La distancia de seguridad entre partes vivas y trabajadores de mantenimiento escalando la torre es de 1.2 para líneas de 138 kV y 2.1 para líneas de 230 kV. Para limitar la fluctuación de un puente (jumper), se pueden utilizar contrapesos. Otros métodos para evitar que el puente oscile, son un aislador de poste de línea sujetado en el lado de la torre, o un juego de suspensión sujetado a una cruceta sobre el puente.
4.4.2
Distancia de seguridad entre un conductor y otro, considerando el riesgo de colisión.
Los conductores se fijarán a la torre a una distancia tal el uno del otro, que se eviten colisiones y descargas (flashover). La distancia mínima entre los conductores en un circuito así como la distancia a los conductores más cercanos en circuitos o líneas paralelas, se indica a continuación. Estos valores se aplican en casos normales. Se debe analizar el caso de líneas suspendidas muy bajo o donde se utilicen conductores de diferente área o material o con diferentes flechas, de acuerdo con la cláusula 4.4.2.2. La distancia eléctrica mínima entre fases está dada en la cláusula 2.2.2. Las distancias calculadas H y V son válidas hasta altitudes de 1000 m sobre el nivel del mar. Para niveles más altos, las distancias deben aumentarse en 0.15 m por cada 1000 m de altura. Si las distancias H y V entre los puntos de fijación en las torres y en cualquier parte de un vano son diferentes, H y V se calculan como el valor medio de las respectivas distancias en la torre. En los casos que se exponen a continuación las temperaturas y cargas de viento deben estar de acuerdo con el Capítulo 3.
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4.4.2.1
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Caso normal
4.4.2.1.1
Conductores en el mismo plano horizontal
La distancia horizontal mínima H (m) (ver figura 4.1) entre los puntos de fijación de los conductores en la torre será calculada con la fórmula: (4.1) donde: f
:
flecha en metros del conductor a +80 °C, sin viento y tensión final.
Lk
:
longitud, en metros, de la parte del conjunto de aisladores oscilando transversalmente respecto a la dirección de la línea.
U
:
voltaje más alto, en kV, de acuerdo con el Capítulo 2, tabla 2.1.
4.4.2.1.2
Conductores en el mismo plano vertical
La distancia vertical mínima V (m) entre los puntos de fijación de los conductores en la torre será calculada con (4.2) donde: kv
:
coeficiente de acuerdo al tipo de conductor,
ACSR, conductores de aluminio y aleaciones de aluminio: kv
:
1.1 para conjuntos de suspensión verticales y en V.
kv
:
1.0 para conjuntos de tensión
Conductores de acero: kv
:
1.3 para conjuntos de suspensión verticales y en V.
kv
:
1.2 para conjuntos de tensión
fu
:
flecha en metros del conductor superior, a +80 °C, sin viento y en tensión inicial
fl
:
flecha en metros del conductor inferior, a +30 °C, sin viento y en tensión inicial
U
:
voltaje más alto, en kV, de acuerdo con el Capítulo 2, tabla 2.1.
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4.4.2.1.3
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Conductores en diferentes planos horizontales y verticales
Para diseños de este tipo, la separación de seguridad horizontal “h” mínima y la separación de seguridad vertical “v” entre puntos de fijación se calculan por medio de las fórmulas: (4.3) Ó (4.4) Donde “H” es la distancia horizontal calculada de acuerdo con la cláusula 4.4.2.1.1. y “V” la distancia vertical calculada de acuerdo con la cláusula 4.4.2.1.2. H
H
h
V
v v
V
Figura 4.1. Distancia horizontal fijación de los conductores.
4.4.2.2
y
vertical
entre
puntos
de
Conductores de diferentes materiales, diferentes secciones transversales, diferentes tensiones EDS o de tensión EDS extremadamente baja.
Las reglas en la cláusula 4.4.2.1 no aplican para estos casos donde se deben realizar investigaciones especiales. Esto se puede realizar de la siguiente manera. Temperatura +80°C en ambos conductores y 100% de la carga de viento en un conductor y 60% de la carga del viento en el otro conductor. La distancia a mitad de vano será al menos U/143 entre conductores de fase y, U/167 entre el hilo de guarda y conductor de fase. Siendo U es el voltaje más alto, en kV. Deben elegirse las tensiones inicial y final más desfavorables en los conductores. 50/112
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4.5
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DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE CONDUCTOR Y TIERRA, RUTAS TRANSITABLES, OTRAS LINEAS Y CASAS.
Las distancias en las siguientes tablas son válidas hasta una altitud de 1000 metros sobre el nivel del mar. Para altitudes superiores las distancias serán aumentadas en 0.15 m por cada 1000 m en altura.
4.5.1
Altura del conductor sobre tierra, rutas transitables, líneas adyacentes, etc.
Un conductor se sujetará a una torre a una altura tal que tenga al menos la altura sobre la tierra, líneas adyacentes, etc. que la autoridad respectiva exija o que sea necesaria en consideración a la naturaleza de la línea u otras circunstancias, e. g. terreno con árboles o áreas urbanas planificadas. El conductor no debe tener una flecha tal que pueda causar daño o peligro. Las condiciones anteriores pueden, en la mayoría de los casos, considerarse como cumplidas, si las distancias de seguridad son revisadas para las siguientes condiciones: a)
Temperatura máxima del conductor durante condiciones de calma. Ver Capítulo 3, tabla 3.3.
b)
Temperatura de cortocircuito, ver cláusula 4.1.2. Para estas condiciones, que ocurren rara vez, se dan separaciones de seguridad más pequeñas que para el caso a).
Las distancias de seguridad dadas en la Tabla 4.3 deben observarse dentro del área de la línea y hasta 4 m de la fase exterior. Para pendientes laterales mayores a 1:2, la distancia fuera de la fase externa se aumentará correspondientemente. Al controlar separaciones de seguridad con respecto a líneas adyacentes, la separación de seguridad será calculada asumiendo que la línea más baja en el cruce es cargada por su peso muerto, a la temperatura diaria máxima (Capítulo 2, tabla 2.2.) sin corriente.
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Tabla 4.3.
Altura
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mínima
del
conductor
sobre
el
terreno
intersecciones Conductor vivo pasando sobre o cruzando Terreno agrícola Plantaciones, desde la parte superior de las plantas Carreteras, caminos secundarios, calles, estacionamientos y otros lugares donde transiten vehículos más altos que 2,5 m. Autopistas Terreno sin tráfico vehicular sin azotea Edificios(1) sin azotea Piscinas Chimeneas(1) señales de tráfico, valla publicitaria, antenas, depósitos de aceites y similares Ferrocarriles no eléctrificados Ríos, lagos y canales con tráfico marino(2) Ríos, lagos y canales con botes pequeños (2) Ríos, lagos y canales sin botes (2) Líneas de transmisión con voltajes menores a 1,3 kV y líneas de comunicación. Líneas de transmisión de 1,3 a 34,5 kV Líneas de transmisión de 138 kV Líneas de transmisión de (1) (2)
Altura vertical mínima en metros para el caso (a) 138 kV 230 kV 7,0 8,0 4,0
4,5
8,0
9,0
8,0
9,0
5,0
5,5
5,0 5,0 9,0
5,0 5,0 9,5
3,0
3,5
9,0
10,0
14,0
14,5
14,0
14,5
7,5
8,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
4,0
-
4,0
En condiciones normales no se permiten construcciones bajo la línea. Con nivel de agua máximo.
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e
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230 kV
4.5.2
Distancia de seguridad horizontal entre el conductor y caminos paralelos, ferrocarriles, casas y árboles cercanos.
Las distancias de seguridad en la Tabla 4.4 se calculan con la deflexión de la estructura, si existe, los aisladores y la oscilación del conductor para carga de viento máxima, a la temperatura correspondiente, de acuerdo con las cláusulas 3.3 y 3.4. Las separaciones de seguridad en la Tabla 4.5 serán calculadas sin viento y a temperatura máxima. Tabla 4.4.
Separación mínima de seguridad conductor en condiciones de viento.
Conductor vivo pasando paralelo a: Edificios, a cualquier parte Chimeneas, señales de tráfico, valla publicitaria, antenas, depósitos de aceites y similares. Árboles
horizontal
Distancias horizontales mínimas en metros. 138 kV 230 kV 2,5 3,0 2,5
3,0
2,0
3,0
Caminos
4,0
5,0
Ferrocarriles no electrificados
4,0
5,0
Tabla 4.5.
Separación mínima de seguridad conductor en condiciones de calma.
Conductor vivo pasando paralelo a: Edificios, a cualquier parte. Chimeneas, señales de tráfico, valla publicitaria, antenas, depósitos de aceites y similares. Árboles
del
horizontal
del
Distancias horizontales mínimas en metros. 138 kV 230 kV 10,0 10,0 3,0
3,0
10,0
10,0
Caminos
5,0
5,0
Ferrocarriles no electrificados
3,0
3,0
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4.5.3
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Distancias de seguridad de los conductores a torres en otras líneas o alumbrado público.
En lo que respecta a las distancias de seguridad a conductores en otras líneas ver la cláusula 4.4. Cuando líneas aéreas que no están montadas en las mismas torres tienen rutas en la vecindad la una de la otra, por ejemplo, colocadas paralelamente o cruzándose, deben existir distancias de seguridad para poder realizar labores de mantenimiento en las torres. Por lo tanto, la distancia de la estructura de la torre al punto más cercano vivo en la otra línea será de por lo menos de 3.0 metros para líneas 138 kV y por lo menos 3.5 metros para líneas de transmisión de 230 kV. Estas distancias aplicarán para la deflexión completa en el conductor debida a una carga de viento del 100% a la temperatura correspondiente. Cargas de viento y temperaturas de acuerdo al capítulo 3. En los cruces de las líneas, si se ubica una estructura bajo los conductores de la línea superior, se deben mantener al menos 4 m para temperaturas máximas con o sin viento. Durante condición de corto circuito la distancia será por lo menos de 2 metros.
4.6
LIMITACIONES PARA EL VANO REGULADOR
4.6.1
Tramos entre estructuras de suspensión
El vano regulador, para un tramo limitado por estructuras tensión compuesto de n vanos, es calculado de acuerdo a cláusula 3.1.
de la
(4.5) Se asume que la tensión del conductor, en el vano regulador, es la misma del tramo completo. La forma de la catenaria de los diferentes vanos que componen el tramo tiene la forma de la catenaria del vano regulador, si se cumplen las siguientes limitaciones: a)
El vano más largo no excederá 2 ar
b)
El vano más corto no será menor a 0,5 ar
c)
La relación 1:2,5.
d)
El vano regulador para 10 vanos consecutivos, ar,10, no se desviará del valor de ar calculado para el tramo completo, en más de:
e)
Cuando exista un cambio de pendiente en el terreno mayor a un 30%.
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máxima
entre
dos
vanos
adyacentes
no
excederá
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Donde no sea posible cumplir con las restricciones anteriores, tales tramos o vanos serán delimitados por torres de tensión y diseñados para el vano regulador en cuestión.
4.6.2
Comentarios sobre el vano regulador
Los siguientes comentarios limitaciones para los vanos.
explican
el
por
qué
existen
La suposición de que la tensión del conductor en el vano regulador, es la misma en todo el tramo, y por lo tanto, que las formas de las catenarias de los diferentes vanos de ese tramo están definidas por la forma de la catenaria del vano regulador, se basa en la suposición de que el conductor se puede mover libremente, sin restricciones, en los vanos que componen el tramo. El uso de conjuntos de suspensión, sin embargo, permite un movimiento del conductor limitado. Limitando las longitudes de los vanos se reduce la influencia que tiene en el cálculo la necesidad de este movimiento, convirtiendo el cálculo del vano regulador en una fórmula válida. De esta manera, si vanos largos y cortos se mezclan a lo largo de la línea, los conjuntos de aisladores, por medio de pequeños movimientos de oscilación en la dirección de la línea, dan al conductor la tensión del vano regulador y la forma de su catenaria. Si varios vanos consecutivos son más cortos que el vano regulador, se produce un vano regulador más pequeño dentro de estos vanos. Este vano regulador reducido tiene, a la temperatura máxima del conductor, una catenaria más pronunciada que la del vano regulador calculada para el tramo completo y la distancia de seguridad a tierra será más pequeña en estos vanos cortos. Por otro lado, si varios vanos consecutivos son más largos que el vano regulador, el vano regulador de ellos se incrementa. Este vano regulador aumentado tiene una catenaria y una tensión del conductor que se desvía de la del vano regulador calculada para el vano completo. Esto afectará de alguna manera el vano de peso y el cálculo de la oscilación (swing) de las cadenas de aisladores, así como la tensión estimada del conductor.
4.7
UNIONES EN EL CONDUCTOR
4.7.1
Requerimientos mecánicos
Las uniones terminales, mangas-T y uniones en conductores se realizarán de tal forma que no se dañe el conductor. Las uniones y terminaciones tendrán una carga máxima de, al menos, 95% UTS del conductor. Esto, sin embargo, no se aplica a uniones que están libres de fuerzas de tensión. Las uniones serán del tipo de comprensión, inyectadas con grasa. Para mantenimiento de los conductores se permiten mangas preformadas.
55/112
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4.7.2
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Requerimientos eléctricos
Uniones, mangas-T y uniones terminales que lleven corriente tendrán por lo menos la misma capacidad de conducción de corriente que el conductor. Esto implica que, para llevar la máxima corriente continua, la temperatura de estado permanente para la unión y el conductor adyacente a la unión, no excederá a aquella del conductor en general. Estos requerimientos también se cumplirán después de un cortocircuito con la máxima corriente de cortocircuito. El soporte mecánico de la unión, después del corto circuito, cumplirá con la demandas de la cláusula 4.7.1.
4.8
PROTECCION CONTRA LA OSCILACIÓN DEL CONDUCTOR
Existen tres tipos principales de oscilaciones en los conductores de líneas aéreas.
4.8.1
Vibración eólica
La vibración eólica, requiere de poca energía para producirse (viento leve o diferencia de temperatura en el conductor). Induce oscilaciones a frecuencias con un rango de 4 a 60 hz y amplitudes de unos pocos centímetros. Este tipo de oscilación es la más común, pero generalmente es fácil de prevenir con la ayuda de amortiguadores estándar.
4.8.2
Oscilación del subconductor
La oscilación del subconductor, que puede producirse durante vientos uniformes moderados a ángulos rectos con la línea, ocurre en el subvano limitado por los espaciadores entre la frecuencia es de 0,7 – 3 Hz y la amplitud de algunas décimas de centímetros. La oscilación del subconductor puede causar serios daños en el punto de amarre del espaciador.
4.8.3
Galopeo
El galopeo consiste de oscilaciones caracterizadas por baja frecuencia (0,1 – 0,5 Hz) y una gran amplitud (1-6 m). El galopeo ocurre principalmente con vientos altamente uniformes a ángulos rectos con la línea. Este fenómeno es extremadamente raro, pero cuando ocurre, el riesgo de daños mecánicos a los conductores, aisladores y accesorios es considerable. El galopeo es observado principalmente en condiciones de hielo.
4.8.4
Amortiguadores
Se usan amortiguadores estándar para evitar la vibración eólica de conductores únicos y apareados. Los amortiguadores serán del tipo stockbridge o stockbridge modificado 4R de cuatro modos de resonancia, por ejemplo, de los fabricantes Salvi o Fargo.
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Normalmente se utiliza un amortiguador, en cada extremo del vano, en estructuras de suspensión, en los conductores y en el hilo guarda. Para conductores únicos, con estructuras de suspensión, es suficiente un amortiguador por vano, en vanos de menos de 500 metros. Para conjuntos de tensión de conductores e hilos suficientes dos amortiguadores en cada conjunto.
guarda,
son
Para calcular el número de amortiguadores que requiere cada vano, según el tipo de cable, se utiliza la siguiente tabla: Tabla para cálculo de número de amortiguadores
La distancia de la grapa al amortiguador se calcula de acuerdo con las fórmulas 4.6 y 4.7. (4.6)
(4.7) donde L1
:
Distancia del sujetador al primer amortiguador (m)
L2
:
Distancia del sujetador al segundo amortiguador (m)
Dc
:
Diámetro del conductor (m)
Tc
:
Carga de tensión en el conductor, considerando el creep, a temperatura EDS. (N).
Pc
:
Peso del conductor (N/m)
4.8.5
Grapas de suspensión.
Para reducir el riesgo de daño al conductor en las grapas de suspensión, debido a la oscilación, las grapas deben cumplir con los siguientes requisitos. La boca de la grapa debe estar diseñada en forma redondeada y consistirá de material suave (aluminio). El momento de inercia debe mantenerse tan bajo como sea posible, es decir, el eje del pivote en el mismo nivel que el eje del conductor y en concentración de pequeñas masas hacia el centro de la grapa. Además la grapa deberá soportar las fuerzas debidas a la condición del conductor reventado.
4.8.6
de
deslizamiento
Espaciadores
Desde el punto de vista eléctrico (efecto corona) los conductores apareados deben mantener su configuración, también se debe
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prevenir, si es posible, que los conductores puedan colisionar. Es por estas razones que deben utilizarse espaciadores. Para proteger el conductor de daños, deben cumplirse los siguientes requerimientos. a.
Requerimientos eléctricos descritos en el capítulo 5
b.
El agarre del espaciador debe tener buenas propiedades conductoras, suficiente compresión durante su período de vida y permitir algún movimiento a lo largo de y en ángulos rectos, con respecto al eje del conductor (semiarticulado). Aún más, el diseño no deberá disminuir considerablemente la capacidad del conductor debido a diferentes tipos de oscilaciones inducidas.
El espaciador debe ser capaz de soportar las fuerzas electromagnéticas inducidas en los conductores por corriente de falla. La división correcta del vano en subvanos es muy importante para prevenir la generación de oscilaciones. Las distancias de la torre al espaciador y del espaciador espaciador serán calculadas de acuerdo a la tabla 4.6.
a
Por las mismas razones, la distancia entre los conductores no debe ser menor a 15 * Dc, donde Dc es el diámetro del conductor. Tabla 4.6
Longitud de los subvanos para conductores apareados.
Long. vano (m)
Número de
Número de espaciadores
Longitud del subvano como porcentaje de la longitud
desde
hasta
subvanos
0
90
1
0
100
90
180
2
1
50
50
180
270
3
2
27
46
27
270
360
4
3
18.5
31.5
31.5
18.5
360
450
5
4
15.9
20.6
27.0
20.6
450
540
6
5
12.5
16.2
21.3
16.2
21.3
12.5
540
630
7
6
11.2
13.4
15.8
19.2
13.4
15.8
11.2
630
720
8
7
9.4
11.3
13.3
16.0
13.3
16.0
11.3
9.4
58/112
total del vano (%)
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4.9
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PROTECCION CONTRA LA RUPTURA DEL CONDUCTOR DURANTE EL TENSADO
Si los conductores se han dejado mucho tiempo en las roldadas de tensado antes de que las varillas preformadas sean colocadas, existe el riesgo de ruptura en los hilos del conductor debido a la vibración del mismo. Con la finalidad de evitar este riesgo el posicionamiento debe realizarse antes de 48 horas.
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5
AISLADORES
5.1
ESTÁNDARES Y RECOMENDACIONES INTERNACIONALES
Las publicaciones que se listan a continuación, emitidas por el Instituto de Estándares Estadounidense, ANSI, la Comisión Electrotécnica Internacional, IEC, su comité para perturbaciones, CISPR, y la Organización de estándares internacionales, ISO, son válidas con las adiciones que se expresan en las siguientes cláusulas. ANSI C29.1
Métodos de prueba estándar para aisladores de potencia eléctrica.
ANSI C29.2
Estándar Nacional Estadounidense para aisladores de suspensión, fabricación de porcelana húmeda y vidrio templado.
Publicación 120 IEC
Dimensiones de acoples de rótula y bola para cadenas de aisladores.
Publicación 305 IEC
Características de cadenas de aisladores de tipo de casquete y pin.
Publicación 372-1 IEC
Dispositivos de cierre para acoples de rótula y bola para cadenas de aisladores. Parte 1: Dimensiones y requisitos generales.
Publicación 372-2 IEC
Dispositivos de cierre para acoples de rótula y bola para cadenas de aisladores. Parte 2: Pruebas.
Publicación 383 IEC
Pruebas en aisladores de cerámica ó vidrio para líneas aéreas con un voltaje nominal mayor a 1000 voltios.
Publicación 437 IEC
Prueba de aisladores.
Publicación 507 IEC
Pruebas de contaminación artificial en aisladores de alto voltaje para ser usados en sistemas de corriente alterna.
Publicación 575 IEC
Pruebas de rendimiento aisladores.
Publicación 797 IEC
Resistencia residual de las cadenas de aisladores de vidrio ó de cerámica en líneas aéreas después de daño mecánico en el dieléctrico.
radio
interferencia
en
rendimiento termomecánico y mecánico en cadenas de
Publicación No. 1 CISPR Especificación para aparatos medidores de radio interferencia CISPR para el rango de frecuencia de 0,15 MHz a 30 MHz.
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Publicación 7B CISPR
Segundo suplemento a la publicación 7 del CISPR (1969). Recomendaciones del CISPR.
ISO/R 1101/1
Tolerancia de forma y de posición. Parte 1: Generalidades, símbolos e indicaciones en esquemas.
5.2
CADENAS DE AISLADORES ESTANDARIZADAS
Las cadenas de aisladores se deben formar con los aisladores tipo rótula y bola, designados por el ANSI C29.2 – 1983 como clase 52-5 y especificados en la tabla 5.1 En áreas con alta contaminación se utilizan aisladores tipo niebla con manguito de zinc. Estos aisladores tienen las mismas características mecánicas y cumplen las mismas especificaciones que los aisladores normales, sus características principales se dan en la tabla 5.1. El voltaje crítico de flameo para las cadenas de aisladores se dan en la tabla 5.2.
5.3
NIVEL DE RADIO INTERFERENCIA.
Para un voltaje de 20 kV rms a 60 Hz, los aisladores no deben causar un nivel de ruido mayor a 60 dB sobre 1 μ voltio a una frecuencia de medición de 500 kHz. El nivel de radio interferencia (RI) es extremadamente dependiente de la humedad y el valor dado previamente es válido en una atmósfera estándar: Temperatura
:
20°C
Presión
:
101.3 MPa
Humedad
:
11 gramos de agua por metro cúbico
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Tabla 5.1
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Aisladores normalizados
DESCRIPCIÓN
Un.
STD
VIDRIO NIEBLA
PORCELANA STD NIEBLA
DIMENSIONES Diámetro
(mm)
255
280
255
255
Paso
(mm)
146
146
146
146
Distancia de fuga VALORES MECANICOS
(mm)
320
445
292
432
Resistencia al impacto
(m-N)
45
45
10
10
Carga de prueba de rutina
(Kn)
55,6
55,6
55,6
55,6
Resistencia M&E VALORES ELECTRICOS
(kN)
111
111
111
111
Baja FREC. Flameo seco
(kV)
80
100
80
100
Flameo húmedo Impulso flameo crítico Positivo Negativo Prueba perforación baja frecuencia RADIO INTERFERENCIA
(kV)
50
60
50
60
(kV)
125
140
125
150
(kV)
130
140
130
160
(kV)
130
130
110
130
Prueba de voltaje baja frecuencia Voltaje Radio Interferencia 1 MHz OTROS
(kV)
10
10
10
10
(V)
50
50
50
50
Peso
(kg)
4
5,8
5,4
7,3
52-5
52-5
52-5
52-5
J
J
J
J
Designación ANSI Tipo de acople
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TABLA 5.2
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Voltaje crítico de flameo (kV) VIDRIO
NÚMERO DE AISLADORES
PORCELANA
Y
ESTANDAR
NIEBLA
POS
NEG
POS
NEG
8
760
780
835
775
9
860
945
920
860
10
945
930
1005
950
11
1025
1015
1090
1040
12
1105
1105
1175
1130
13
1185
1190
1260
1220
14
1265
1275
1345
1310
15
1345
1360
1430
1400
16
1425
1440
1515
1490
17
1505
1530
1600
1595
18
1585
1615
1685
1670
19
1665
1700
1770
1755
20
1745
1785
1850
1840
21
1825
1870
1930
1925
22
1905
1955
2010
2010
23
1985
2040
2090
2095
24
2065
2125
2170
2180
25
2145
2210
2250
2265
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5.4
REQUISITOS MECÁNICOS
5.4.1
Carga de ruptura
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Los aisladores deben cumplir con la carga de ruptura electromecánica y mecánica especificada en las normas IEC 305 ó en ANSI C29.2 (111 kN) y que se dan en la cláusula 5.1.2.
5.4.2
Diseño mecánico
Los aisladores deben diseñarse para las mismas combinaciones de carga que las torres, ver capítulo 6. Los aisladores se deben diseñar de tal forma que, sin exceder sus límites de carga mecánica y electromecánica, puedan soportar las cargas externas multiplicadas por un factor δ = 2,5. Los factores de carga de la cláusula 3.7 no deben utilizarse para el diseño de aisladores.
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6
HERRAJES
6.1
PRINCIPIOS DE DISEÑO GENERALES
Los herrajes se diseñarán térmica y mecánicamente para soportar 25 kA durante un segundo con una corriente pico de al menos 60 kA. Los herrajes se diseñarán de tal manera que el reemplazo de una cadena de aisladores y de las protecciones contra el arqueo durante el mantenimiento, la reparación, o en trabajos con la línea caliente, puedan realizarse fácilmente. Se deben utilizar tornillos con rosca tipo M.
6.2
DISEÑO TÉRMICO
Los herrajes se dimensionan para una corriente de corto circuito de 25 kA con una duración de un segundo. Esto significa que cada conjunto de aisladores soportará tal corto circuito sin que la temperatura exceda 400°C en los herrajes y sin que se produzca soldado entre las partes. En conjuntos de aisladores con protección contra arcos, los cuernos de arqueo protegerán los aisladores de daño debido a arcos de alta potencia. Los accesorios de protección podrían alcanzar una temperatura final que no exceda 650°C durante el corto circuito. La función de las protecciones contra arqueo no debe ser alterada significativamente por el arco de potencia.
6.3
DISEÑO MECÁNICO
La carga mínima permisible para herrajes será igual que para las unidades de aisladores, es decir 111 kN.
6.4
GRAPAS DE SUSPENSIÓN Y VARILLAS PREFORMADAS
Las grapas de los conductores y del hilo guarda deben tener libertad para oscilar en el plano vertical. El centro de la oscilación debe estar cerca del eje del conductor. El ángulo de rotación será de por lo menos 45°. El diseño de la grapa debe ser de tal forma que permita instalación de un dispositivo adicional para la suspensión contrapesos, donde sea necesario.
la de
Las varillas preformadas se instalarán en todas las grapas de los conductores y del hilo guarda, a menos que se especifique lo contrario. Para los conductores las varillas preformadas deben ser de aleación de aluminio, para el hilo guarda de acero revestido en aluminio.
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6.5
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PROTECCIÓN CONTRA ARCOS
En conjuntos de aisladores de tensión se debe utilizar la protección contra arcos por medio de cuernos de arqueo ó de anillos. Los cuernos de arqueo ó anillos se colocarán de tal forma que el arco sea forzado en una dirección predeterminada, hacia arriba. Si se utiliza la protección contra arcos en conjuntos de suspensión normales, en soportes tangentes, debe colocarse de tal forma que los arcos sean siempre forzados hacia fuera de la cadena de aisladores, en ángulos rectos con respecto a la ruta de la línea. En conjuntos de suspensión en soportes angulares, la protección contra arcos debe colocarse de tal forma que el arco sea forzado hacia arriba. En la figura 5.1 se muestran cuatro tipos de protección contra arqueo. Se recomiendan los tipos 1 y 2, ambos son mejores que el tipo 3, el tipo 4 no se recomienda. Para diseñar el área del cuerno o anillo la corriente de corto circuito será dividida por la densidad de corriente permitida (80 A/mm²) para un tiempo de falla de un segundo. Para otro tiempo de falla “t” la densidad es 80/√t, mm².
6.6
CONJUNTOS DE AISLADORES ESTANDARIZADOS
6.6.1
Aislamiento
Los conjuntos de aisladores cumplirán aislamiento dadas en el capítulo 2.
6.6.2
las
recomendaciones
de
Esquemas estándar
Los números de los dibujos para conjuntos de aisladores estandarizados se dan en las tablas 5.4 y 5.5. Los conjuntos de aisladores se diseñan para cadenas de aisladores estandarizadas de acuerdo a la cláusula 5.1.2. Para áreas de alta contaminación, ver la cláusula 2.2.4, los aisladores normales se cambiarán por los del tipo antiniebla.
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Tabla 5.4.
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Conjuntos de aisladores estandarizados para líneas de 138 kV.
Tipo de conjunto de
Designación y número de
aislador
las unidades de aisladores.
Número de dibujo ICE
Altitud de 0 a 1000 m.s.n.m. Conjunto de suspensión en soporte tangente Conjunto de suspensión en soporte angular
CAST138
-1000
CASA138
-1000
Conjunto en V
CAV138
-1000
CAT138
-1000
CAT138
-2000
CASA138
-2000
CAV138
-2000
CAT138
-2000
Conjunto de suspensión en soporte tangente Conjunto de suspensión en soporte angular
CAST138
-3500
CASA138
-3500
-
Conjunto en V
CAV138
-3500
-
Conjunto de tensión
CAT138
-3500
-
- Conjunto de tensión Altitud de 1000 a 2000 m.s.n.m. -
Conjunto de suspensión en soporte tangente Conjunto de suspensión en soporte angular Conjunto en V
- Conjunto de tensión Altitud de 2000 a 3500 m.s.n.m. -
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Tabla 5.5.
Diciembre 1993 Instituto Costarricense de Electricidad
Conjuntos de aisladores estandarizados para líneas de 230 kV.
Tipo de conjunto de
Designación y número de
aislador
las unidades de aisladores.
Número de dibujo ICE
Altitud de 0 a 1000 m.s.n.m. -
-
-
Conjunto de suspensión en soporte tangente Conjunto de suspensión en soporte angular Conjunto en V
- Conjunto de tensión Altitud de 1000 a 2000 m.s.n.m. -
-
-
Conjunto de suspensión en soporte tangente Conjunto de suspensión en soporte angular Conjunto en V
- Conjunto de tensión Altitud de 2000 a 3500 m.s.n.m. -
-
Conjunto de suspensión en soporte tangente Conjunto de suspensión en soporte angular
CAST230
-1000
CASA230
-1000
CAV230
-1000
CAT230
-1000
CAT230
-2000
CASA230
-2000
CAV230
-2000
CAT230
-2000
CAST230
-3500
CASA230
-3500
-
Conjunto en V
CAV230
-3500
-
Conjunto de tensión
CAT230
-3500
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Figura 6.1 Ejemplos de protecciones contra arqueo.
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7
REGLAS DE DISEÑO DE TORRES
7.1
RECOMENDACIONES DE DISEÑO GENERAL
Los soportes a ser usados para más de un circuito serán calculados para el número de circuitos que sea más desfavorable para cada componente individual del soporte. El tipo de soporte, auto – soportado, retenido, etc. no es prescrito en este manual. La elección del tipo de soporte depende de muchos factores, por ejemplo, terreno plano o montañoso, área rural o urbana, método de erección, método de tensado y otros. Todos estos factores analizados conjuntamente indicarán el tipo de soporte más apropiado para cada ruta individual. Torres de celosías serán diseñadas de acuerdo con los manuales ASCE y reporte sobre práctica de la ingeniería número 52, titulado “Guía para el Diseño de Torres de Transmisión de Acero”, de acuerdo a su última edición, a menos que se establezca a alguna otra manera en este capítulo.
7.2
COMBINACIONES DE CARGA
7.2.1
Generalidades
Además de las combinaciones de carga listadas a continuación se deberán considerar cargas que se produzcan durante el montaje y la erección del apoyo, así como durante el tensado. Estas cargas dependen tanto del tipo de soporte como el método de trabajo y no pueden en general ser prescritas. Ver cláusula 3.5. La carga del viento será aplicada en la dirección más peligrosa desde el punto de vista del soporte. Las cargas dadas serán multiplicadas por un factor de carga “g” de acuerdo a la cláusula 3.7.
7.2.2 7.2.2.1
Soportes angulares tangentes y de marcha con juegos de suspensión que incluyen juegos V. Combinación de Carga 1. Caso de Carga Normal
A.
Peso muerto
B.
Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.
C.
Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4
7.2.2.2 A.
Combinación de Carga 2. Caso de Carga de Conductor Quebrado.
Peso muerto: El vano de peso de los conductores quebrados puede ser reducido al 50%.
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B.
Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.: El vano de viento de los conductores quebrados puede ser reducido al 50%.
C.
Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4
D.
Cargas horizontal en la dirección de la línea.
Alambre de protección: Carga horizontal = carga de tensión en el alambre antes de quebrarse. Conductor: Carga horizontal conductor antes de quebrarse.
=
0,7
por
carga
de
tensión
en
Líneas para un circuito único serán diseñadas para carga horizontal en una sujeción de alambre de protección junto a las cargas horizontales de todos los subconductores en una sujeción de una fase. Líneas para doble circuito serán diseñadas para carga horizontal en una sujeción de alambre de protección junto a las cargas horizontales de todos los subconductores en los puntos de sujeción de dos fases. Las pérdidas de fuerza tractiva en el alambre de protección y conductores se supone que ocurren en el punto de sujeción más desfavorable para cada parte del soporte. La influencia residual de otros conductores no será tomada en cuenta.
7.2.3 7.2.3.1
Soporte de tensión o soporte angular con juegos de tensión. Combinación de Carga 1. Caso de Carga Normal
A.
Peso muerto
B.
Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3
C.
Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4.
7.2.3.2
Combinación de Carga 2. Caso de Carga de Conductor Quebrado.
A.
Peso muerto: El vano de peso de los conductores quebrados puede ser reducido al 50%.
B.
Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.: El vano de viento de los conductores quebrados puede ser reducido al 50%.
C.
Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4
D.
Cargas horizontal en la dirección de la línea: Alambre de protección: Carga horizontal = carga de tensión en el alambre antes de quebrarse.
Conductor: Carga horizontal = Carga de tensión en conductor antes de quebrarse. Líneas para un circuito único serán diseñadas para carga horizontal en una sujeción de alambre de protección junto a las
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cargas horizontales de todos los subconductores en una sujeción de una fase. Líneas para doble circuito serán diseñadas para carga horizontal en una sujeción de alambre de protección junto a las cargas horizontales de todos los subconductores a los puntos de sujeción de dos fases. Las pérdidas de fuerza tractiva en el alambre de protección y conductores se supone que ocurren en el punto de sujeción más desfavorable para cada parte de soporte. La influencia residual de otros conductores no será tomada en cuenta.
7.2.3.3
Combinación de carga 3. Tensado
La consideración a esta combinación de carga será dada de acuerdo a la cláusula 3.5, ya que el tensado puede ser de especial importancia en este tipo de apoyo.
7.2.4
Soporte Terminal
7.2.4.1
Combinación de Carga 1. Caso de Carga Normal
A.
Peso muerto
B.
Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3.
C.
Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4.
D.
Carga por fuerzas tractivas desde todos los conductores, a todos los conductores en un lado del soporte.
7.2.4.2
Combinación de Carga 2. Caso de Carga de Conductor Quebrado
A.
Peso muerto
B.
Carga del viento de acuerdo a la cláusula 3.3
C.
Temperatura mínima de acuerdo a la cláusula 3.4.
D.
Carga por fuerzas tractivas desde todos los conductores, a todos los conductores en un lado del soporte.
E.
Pérdida de cargas horizontales en la dirección de las líneas.
La línea de un circuito único será diseñada para pérdida de un alambre de protección conjuntamente con la pérdida de todos los subconductores en la sujeción de una fase. Líneas de doble circuito serán diseñadas para pérdida de un alambre de protección conjuntamente con la pérdida de todos los subconductores en los puntos de sujeción de dos fases. Las pérdidas de fuerza tractiva en alambre de protección y conductores se supone que ocurren en el punto de sujeción más desfavorable para cada parte del soporte. La influencia residual de otros conductores no será tomada en cuenta.
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7.2.4.3
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Combinación de carga 3. Tensado
La consideración a esta combinación de carga será dada de acuerdo a la cláusula 3.5, ya que el tensado puede ser de especial importancia en este tipo de apoyo.
7.3
REGLAS DE DISEÑO
7.3.1
Miembros y Retenidas
En miembros de acero el límite aparente de elasticidad es escogido como la tensión máxima permisible con reducciones de acuerdo a la publicación ASCE número 52, ver cláusula 6.1. La carga máxima permisible en retenidas es 65% de la resistencia de quiebre mínima especificada del cable. Las retenidas serán también diseñadas para la corriente a tierra debido a fallas. Miembros redundantes sin tensión calculada que soporta miembros de la pata 0 que soportan otros miembros serán realizados para otra causa de 1.7% de la carga real en el miembro de la pata o del otro miembro respectivamente.
7.3.2
Grosor del Material Mínimo Aceptable
Tomando en consideración el riesgo de daño durante el transporte y el montaje y de daño después de la erección, el grosor de material para las construcciones de soporte deberá ser no menor que aquellos dedos en la tabla 6.1 Las ficciones cerradas serán bien drenadas. Tabla 6.1
Grosor Mínimo de los Miembros Miembro
Sección Abierta
Patas principales Otros miembros Miembros Redundantes Escuadras de Refuerzo Acero bajo la superficie del terreno
7.3.3
Sección Cerrada
6 mm 4 mm 4 mm 3 mm 4 mm 3 mm 5 mm o el grosor mínimo del miembro conector. 6 mm
6 mm
Razones de delgadez máximas
La proporción entre el largo no soportado de un miembro y el radio relevante de giro, L/r, no excederá: Para miembros de compresión -
Patas principales y crucetas
120
-
Otros miembros
200
-
Miembros redundantes
250
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Diciembre 1993
Para miembros de solamente tensión
7.3.4
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350
Acero bajo la superficie del terreno
Las siguientes indicaciones se refieren a acero en el enrejado, etc., y no se aplica o no es válido para acero sumergido en concreto. El acero bajo la superficie del terreno será protegido de la corrosión de acuerdo a lo especificado en el capítulo 7, y cuando se use toma de tierra equilibrada de cobre de acuerdo al capítulo 8. Al diseñar acero galvanizado bajo tierra en condiciones de terreno severas el grosor calculado será incrementado con un mínimo de 2 mm como una seguridad contra la corrosión. Se dará a consideración también cuando se diseñen uniones con perno, donde tanto el diámetro del perno como el grosor del material ponen que han sido corroídos. A medida que la corrosividad del terreno puede varias grandemente dependiendo del tipo de tierra o de agua en el suelo, lo anterior puede ser tomado únicamente como una guía.
7.3.5
Uniones unidas por perno
La carga máxima permisible será calculada de acuerdo ASCE No. 52 ver cláusula 6.1 Las uniones con pernos podrán tener solamente un perno. Los pernos para fuerzas tangenciales normalmente no tendrán rosca en aquella parte del eje que corresponda al hoyo de la tuerca. La rosca termina bajo la arandela o en alguna otra forma fuera del material tensionado. Es aceptado que la rosca termine hasta 5 mm dentro del material, pero no más de un tercio del grosor del material. En este caso el área transversal bruta de la tuerca podrá ser usada, en otros casos el área desde la raíz de la rosca será aplicada. El perno será de tal longitud que la tuerca después de haber sido ajustada tenga un largo por fuera del perno que sea tres veces el paso de la rosca del tornillo. El tornillo tendrá una arandela plana y una de presión en el lado de la tuerca. El ajuste será realizado con un torque tal que posibles acumulaciones de cinc o rayones sean nivelados y la unión sea cerrada. Se recomienda asegurar la tuerca por medio de dos golpes en la rosca con un cincel o troquel o de alguna otra manera de asegurarse. Los perfiles de las roscas serán aquellos de acuerdo al estándar ISO o ASTM. Las dimensiones del tornillo preferidas son las m12, m16, m20 y m24.
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La distancia mínima del centro del hueco de la tuerca a un extremo es 1,5 veces el diámetro de la tuerca. La distancia mínima entre huecos para uniones con varios tornillos es tres veces el diámetro del tornillo. Las distancias escogidas serán consideradas al calcular la tensión del cojinete. El diámetro del hueco de la tuerca no será mayor que el diámetro de la tuerca más 1,5 milímetros.
7.3.6
Postes
7.3.6.1
Postes de acero
Los postes de acero serán diseñados y fabricados de acuerdo con los manuales y reportes ASCE en práctica de ingeniería número 72, diseño de estructuras de soporte de transmisión en acero, última edición a menos que se establezca a alguna otra manera en este capítulo. Los postes de acero serán calculados con un programa de computadora que considere los efectos de desplazamientos largos y la variación en la dureza de las secciones transversales a lo largo del poste. El diseño incluirá instrucciones para el transporte y erección del mismo.
7.3.6.2
Postes de concreto
Un soporte de concreto puede tener reforzamiento no tensado o reforzamiento pretensazo. Las ventajas con el concreto pretensazo son la resistencia a la corrosión, la mayor fuerza y peso más liviano que los de concreto reforzado no tensado. Los cálculos considerados en los efectos de desplazamiento largo y la variación en la dureza de la sección transversal a lo largo del poste. La fuerza máxima de una sección transversal será calculada de acuerdo a la publicación ATI 318, requerimientos del código de construcción para concreto reforzado. Postes pretensazos no se desquebrajan para carga bajo transporte erección y de acuerdo a las combinaciones de carga 1 y 3 en la cláusula 6.2 pero con todos los factores de carga G = 1.0, por ejemplo cargas de trabajo. El momento de resquebrajamiento es cuando el esfuerzo de tracción en el extremo fibra del concreto alcanza su módulo de ruptura. Para postes de concreto pretensazo las reglas serán seguidas en la guía para el diseño de postes de concreto pretensazo preparados por el comité PSI sobre postes de concreto pretensados. El diseño incluirá instrucciones para el transporte y la erección. Los puntos de sujeción recomendados son dados en la figura 6.1.
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7.3.6.3
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Postes de madera
Los postes de madera serán diseñados de acuerdo a ANSI 0, 51, postes de madera – especificaciones y dimensiones. La carga máxima permisible será calculada con la tensión de fibra y el módulo de elasticidad de acuerdo a ANSI, multiplicado por 0,7.
7.4
MATERIAL Y FABRICACIÓN
7.4.1
Generalidades
Las reglas generales para la fabricación, garantía de la calidad y control de la misma son dadas en ASCE No. 52 referente a torres de celosías.
7.4.2
Material en miembros de acero
El acero para los soportes y los pernos cumplirá con los requerimientos en los estándares ASTN. Los requerimientos generales son dados en ASTM A6. Con la finalidad de reducir el riesgo de confusiones de material, solamente dos clases de perno son normalmente utilizadas. Categorías de clases apropiadas son un acero de baja tensión con un límite aparente de elasticidad de cerca de los 250 N-mm² y un acero de alta tensión con un límite de acerca de 345 N-mm². La calidad del acero para cada categoría de resistencia es escogida de tal manera que se evite el riesgo de fractura quebradiza, por ejemplo, el acero tendrá una buena resistencia a los impactos. Si el acero ha de ser soldado, esto deberá ser tomado en consideración al escoger su calidad. La resistencia a la tracción máxima en las tuercas y los tornillos será de 500 – 700 N- mm² el mismo grado de resistencia será usado para todas las tuercas y tornillos en una línea de transmisión. La tuerca tendrá la misma resistencia que el tornillo. Tuercas especiales como tuercas de gancho o tuercas de ancla, las cuales no pueden ser confundidas con otros tornillos pueden tener una resistencia diferente. La resistencia, máxima en alambre de retenida será de un mínimo de 600 N/ mm².
7.4.3
Fabricación de miembros de acero
Las partes estructurales serán bien alineadas antes de ser ajustadas. Durante este ajuste, las partes no deberán ser forzadas a su posición en una manera tal que ocurra deformación o tensión inaceptable. El alineamiento será llevado a cabo a una temperatura mayor a los 18°C si el grosor del material, en lo que se refiere al acero plano y de placa, no excede 20 mm.
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Acero plano y de placa con un grosor del material que sea el valor antes establecido, así como acero de sección (sin importar su dimensión) será alineado al rojo vivo. El doblado, prensado u operaciones similares en el estado frío es permitido únicamente si las pruebas han demostrado que el material puede soportar el trabajo en frío sin que ocurran resquebrajamiento o tensiones peligrosas las cuales en colaboración con subsecuente galvanización puede producir la formación intergranular de resquebrajaduras. El corte y troquelado no será llevado a cabo a una temperatura del acero menor a +5°C. Dibujo en frío con la finalidad de alargar el material no deberá ser aplicado. El tratamiento por calor no es permitido a menos que sea particularmente especificado y acordado en cada caso individual. Las partes componentes de la construcción de acero que no están ampliamente dimensionadas, serán ajustadas con la ayuda de patrones cuidadosamente diseñados. Para verificar que las partes componentes en una torre tienen un ajuste apropiado y son fáciles de ensamblar, una torre completa será fabricada y galvanizada para montaje en taller. El comprador será invitado en ensamblaje en taller.
7.4.4
Uniones Atornilladas
Para uniones atornilladas, ver también la cláusula 6.35. Todos los huecos para tuercas serán taladrados cuando el grosor del material exceda 13 mm. Cuando el grosor del material sea menor o igual a 13 mm, los huecos podrán ser troquelados si el diámetro que exceda el grosor del material es permitido. Si es mostrado que el troquelar huecos no produce quebraduras o hace quebradizo el material, el troquelado en material más grueso que 13 mm puede ser permitido hasta un diámetro por lo menos 3 mm menos que el diámetro nominal y luego deberán ser hechos con taladro hasta su diámetro normal. Los huecos en troquelados.
las
arandelas
espaciadoras
pueden
Huecos erróneamente taladrados no podrán, parcialmente, ser rellenados con soldadura.
ni
ser
siempre
total
ni
Para estructuras de acero galvanizado es importante que las varias partes tengan un buen ajuste, ya que la galvanización será dañada si son necesarios trabajos especiales en el lugar de erección antes de ser ajustados. La entrega incluirá 5% extra de tuercas, tornillos y arandelas.
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7.4.5
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El soldado
Podrá ocurrir únicamente donde haya sido especificado particularmente en los planos y será llevado a cabo por soldadores con competencia comprobada. El método usado, a menos que sea especificado de alguna otra forma, será el método por arco manual con electrodos revestidos. Las protuberancias y resquebrajaduras que son puntos de ataque para la corrosión y que pueden constituirse en “bolsillos ácidos” con el galvanizado por inmersión en caliente, deberán ser sellados con soldadura.
7.4.6
Galvanización por inmersión en caliente
La galvanización por inmersión en caliente se realizará de acuerdo con el estándar ASTM A 123 y A 153. El estándar ASTM a 143 provee los lineamientos generales para evitar la fragilización del material. El peso del revestimiento de cinc tendrá en promedio 610 gramos por metro cuadrado y un mínimo de 550 por metro cuadrado para acero y un promedio de 381 g/m² y un mínimo de 305 g/ m² para tornillos, tuercas y arandelas. Las construcciones galvanizadas por inmersión en caliente tendrán un revestimiento continuo y adhesivo, tan parejo como la forma y las propiedades lo permitan. Las superficies de contacto estarán libres de impurezas de flujo y acumulaciones de cinc duro o de cinc. Después de la galvanización la construcción será limpiada para permitir su manejo sin el riesgo de lesión en la mano. Los compartimientos cerrados serán provistos de huecos ventilación en virtud del riesgo de explosión durante calentamiento en el tanque del cinc.
de el
Para dar espacio a la capa de cinc, la rosca de las tuercas se hará de un tamaño mayor sobredimensionado. Después de la aprobación del comprador este podrá ser cambiado a un tornillo de tamaño más pequeño. La tuerca sobredimensionada o el tornillo subdimensionado respectivamente serán claramente marcados para evitar confusión. Por medio de la pintura con pintura rica en cinc la protección contra corrosión puede ser mejorada para material no galvanizado, previamente galvanizado o construcciones galvanizadas o partes construccionales con daño a la capa de cinc. El principio de esta protección es el mismo que para la galvanización del acero, o sea, una protección contra la corrosión catódica es obtenida. La pintura debe tener una alto contenido de cinc, cerca del 95% calculado para la pintura seca, con la finalidad de que el contacto eléctrico sea obtenido entre partículas adyacentes de cinc, la capa de cinc y la superficie de acero.
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El pintado con pintura rica en cinc requiere protección cuidadosa con superficies apropiadamente secas y limpias. La pintura rica en cinc no será aplicada a superficies que puedan ser sujetas a abrasión.
7.4.7
Equipo de soporte
Cada soporte será ajustado con símbolos de tipos diferentes con la información acerca del dueño de la línea, el código de la línea, el número de soporte, el tipo de soporte, el peligro, el escalado seguro y los cruces. La placa grueso de encima de amarillo.
básica en todos los soportes será una placa de acero 350 x 220 mm de 2 mm de grosor colocada 3 metros por la superficie. La placa tendrá letras negras en un fondo El texto de la placa incluirá lo siguiente.
-
Dueño de la línea (ICE Costa Rica)
-
Voltaje
-
Código de la línea o nombre
-
Tipo de soporte
-
Número de soporte
Para advertirle al público en general, una placa con la palabra PELIGRO y el voltaje será instalada en los lugares más frecuentemente visitados por la gente. La placa será de por lo menos 200 x 200 mm y será colocada a 1,5 metros sobre la superficie. La placa tendrá letras negras con fondo amarillo. Si la distancia de seguridad a las partes vivas durante el escalado es muy pequeño, entonces un rótulo de advertencia será colocado en dicho punto. Para fines de patrullaje aéreo, cada quinto soporte será provisto con una placa con número de soporte que sea perfectamente visible desde un aeroplano. En los puntos de cruce, una placa con el código de línea será colocada que sea igualmente visible desde un aeroplano. Estas placas serán de 200 mm de alto con letras de 160 mm de alto en un fondo amarillo. En los cruces o en otros obstáculos, señales de advertencia de acuerdo al manual de mantenimiento cláusula 4, 7 serán colocadas. Excepto por la señal de peligro las placas serán colocadas de tal manera que sean legibles en la dirección de la línea hacia el soporte más alto en número y colocadas en la pata principal izquierda. Para líneas de circuito doble con diferentes códigos de línea y números de soporte habrá placas separadas tanto en la pata principal izquierda como la derecha. Pernos de grada o escalera y de ser especificado, un dispositivo antiescalamiento 3 metros por encima de la superficie serán
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instalados en cada soporte. El dispositivo antiescalamiento consistirá de 3 vueltas de alambre de púa alrededor de la base del soporte. De ser especificado el vano entre dos soportes será instalado con dispositivos de advertencia para los aeroplanos. Estos dispositivos serán rojos con un diámetro de 0,5 m y colocados cada 130 metros desde el soporte.
7.5
POSTES
Ver los documentos referidos en la cláusula 6.3.6. Los postes de madera serán tratados a presión a todo lo largo por medio de un proceso de célula – vacía de acuerdo con AWPA C4. Los postes estarán limpios y secos después del tratamiento. Los postes húmedos que aún gotean serán rechazados. Los siguientes estándares de la asociación de conservacionistas de la madera (AWPA) se aplicarán a esta situación. C4
Postes. Tratamientos preservativos por medio de procesos de presión.
M1
Estándar para la compra de productos de madera tratada.
M2
Estándar tratados
P1-P13
Estándar para creosota de brea de carbón para la tierra y agua fresca y marina (uso de agua costera).
P8
Estándares para preservativos provenientes de aceite.
P9
Estándares para solventes preservantes orgánicos.
7.5.1
para
la
inspección
y
de
productos
fórmulas
para
de
madera
sistemas
Pruebas a los soportes
Cada tipo de torre de celosía y de soporte de concreto será generalmente probado antes de la aprobación final a su diseño y a planos. Una excepción a esta regla aprobación por el comprador.
puede
ser
permitida
después
de
la
Prueba de carga de los soportes y de otras estructuras serán ejecutadas de acuerdo a la publicación 652 del IES, Pruebas de Carga de Torres para Líneas Aéreas.
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LEVANTAMIENTO F
F
Dos grúas 2 m
2 m
F Una grúa 6-8 m ALMACENAMIENTO
3 m
5-8 m
5-9 m
3 m
5-8 m
TRANSPORTE EN TERRENO F Arrastrando en suelo sin piedra
2 m F
Rueda en la base
2 m
6 m F
F
Suspendido en la grúa 2 m
2 m
ERECCION CON UNA GRUA O UNA GRUA ARTICULADA F L/4 Figura 6.1
Manejo de postes de concreto. Longitud del poste 18-31 metros.
MANUAL DE DISEÑO Versión Final
INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD 22 de Marzo de 1993
6 – {SIDA ¦ 1} (15)
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8
FUNDACIONES REGLAS DE DISEÑO
8.1
GENERALIDADES
En los reportes y manuales ASCE sobre Práctica de la Ingeniería No. 52: Guía para el Diseño de Torres de Transmisión de Acero y ASCE No. 72: Diseño de Estructuras de Postes de Transmisión de Acero, algunas reglas generales son dadas sobre el diseño y las pruebas de fundaciones.
8.2
TIPOS DE FUNDACIONES
8.2.1
Generalidades
Las fundaciones pueden siguientes grupos: -
Enrejado de acero
-
Atenuador y chimenea
-
Fundación sobre pilotes
-
Ancla de roca
-
Ancla de retenida
-
Fundación de poste
8.2.2
generalmente
ser
divididas
en
los
Enrejado de acero
Las ventajas del enrejado de acero son que pueden ser producido en masa y ser montado en el campo. Las fuerzas tangenciales del sistema de sujetamiento por encima del suelo son transferidas a tensión excéntrica bajo el enrejado y también el riesgo de deslizamiento tiene que ser considerado. El enrejado de acero es permitido a una presión del suelo máxima permisible equivalente ó mayor que 150 kPa. Para presiones del suelo entre 100 y 150 KPA, el enrejado será empotrado en concreto. Las torres de tensión con ángulos de línea mayores a 10 grados tendrán siempre fundaciones de enrejado para cargas de levantamiento sumergidas en concreto.
8.2.3
Atenuador y Chimenea
La conexión de la torre a las fundaciones de concreto se realizará por medio de un trozo angular de acero. El trozo angular no será menor que el miembro de la pata de la torre al cual se conecta y será galvanizado por inmersión en caliente a todo lo largo. El anclaje del trozo angular será provisto atornilladas al trozo para proveer una unión concreto.
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con abrazaderas adecuada con el
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La chimenea terminará 300 mm por encima del nivel del suelo y será reforzada para cargas máximas de levantamiento y tangenciales. Este tipo es recomendado permisible menor a 100 KPA.
8.2.4
para
una
presión
de
suelo
máxima
Fundación sobre pilotes
Una fundación sobre pilotes consiste de una placa y una chimenea de concreto reforzado soportados por pilotes, los que normalmente son del tipo de concreto prefabricado reforzado. Los pilotes podrían ser pilotes flotantes o del tipo de soporte terminal. Los pilotes están empotrados no menos que 100 mm en la placa de concreto. Los pilotes de tensión estarán anclados firmemente en la placa.
8.2.5
Ancla de roca
El ancla de roca consiste de barras deformadas firmemente asidas a la roca y con una chimenea con un trozo angular de acero por encima del suelo.
8.2.6
Ancla de retenida
El ancla de retenida habrá de resistir la carga de halado en la dirección de la retenida. El ancla de retenida puede ser una barra de anclaje teniendo en un extremo un enrejado de acero o una placa de concreto.
8.2.7
Fundación de poste
Las cargas principales en una fundación en estructuras de postes son momento de vuelco, fuerza tangencial lateral y fuerza de reacción vertical. Cuando las deflexiones sean de gran importancia, la fundación deberá ser diseñada de acuerdo con la interacción simultánea del poste y la fundación. Lo más común es el empotramiento directo con un relleno de tierra compactada o concreto. Para cargas verticales grandes una placa final podría ser necesaria.
8.3
INVESTIGACIONES GEOTÉCNICAS
En cada sitio donde se planee la instalación de una torre, las investigaciones geotécnicas necesarias serán realizadas para determinar la capacidad de soporte y la densidad de masa del suelo, así como la posible aparición de agua freática y su máximo nivel. Si el tipo de suelo reposa sobre una base de roca sólida a una profundidad razonable, esta profundidad será también determinada.
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Diciembre 1993
8.4
MATERIAL
8.4.1
Concreto y reforzamiento
Instituto Costarricense de Electricidad
El material será escogido en función de las condiciones válidas a lo largo de la línea. El concreto será hecho de cemento Pórtland de acuerdo a ASTM C150, Clase Tipo I ó III. La resistencia de cilindro será de al menos 21 MPA. El reforzamiento consistirá de barras deformadas de acuerdo a ASTM A 615 y A 616 con grado 40 ó 60. A menos que sea especificado de alguna otra manera, el diseño y ejecución del concreto y el reforzamiento así como abastecimiento y prueba del cemento y otros materiales para concreto deberán cumplir con ACI 318: Requerimientos del Código Construcción con Concreto Reforzado.
8.4.2
la el el de
Acero en enrejado
Las fundaciones de acero que no estén completamente empotradas en el concreto serán protegidas efectivamente contra el ataque de la corrosión. La corrosión en el suelo es, en general, mayor que en el aire y las condiciones de corrosión son considerablemente más complicadas. La elección de la protección contra la corrosión deberá por lo tanto, de ser posible, ser precedida de una investigación para determinar las propiedades del suelo. Una construcción de acero enterrada en el suelo se herrumbra a diferentes grados dependiendo de las propiedades carácter del suelo. En arena o grava bien drenada, o en tierra con movimiento insignificante de agua freática, la corrosión será mínima. La corrosión aumenta a medida que aumenta el contenido de humedad en el suelo y con el aumento en el movimiento de agua freática. La corrosión también aumenta a medida que la conductividad del suelo aumenta. Un mayor contenido de sales disueltas aumenta la conductividad y, por lo tanto, la corrosión. La corrosión también aumenta a medida que la acidez del suelo aumenta. En general, si no es especificado de otra manera, la galvanización por inmersión en caliente será pintada con pintura de brea (Bituminosa) hasta un nivel de 150 mm por encima de la superficie del suelo. El grosor de la pintura será de al menos 1 mm. La pintura no cubrirá las superficies de contacto entre las barras ni entre estas y los sujetadores de puesta a tierra. Ver también la cláusula 7.3.4. En condiciones severas del suelo, un alambre de control será montado (ver cláusula 5.4 en el Manual de Mantenimiento) de no ser especificado de otra manera.
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8.5
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COMBINACIONES DE CARGA
Las fuerzas sobre la fundación son calculadas para las mismas combinaciones de carga que para las torres y postes, ver cláusula 6.2, pero con un factor de carga mayor de acuerdo a la cláusula 3.7. Las fuerzas sobre la fundación serán iguales o menores que las cargas máximas calculadas de acuerdo a las cláusulas 7.6 y 7.7.
8.6
TENSIÓN MÁXIMA PERMISIBLE
8.6.1
Concreto y reforzamiento
La carga máxima permisible será calculada de acuerdo a la cláusula ACI 318. En ese estándar, la resistencia de cilindro del concreto y el límite aparente de elasticidad del reforzamiento son los valores de referencia básicos.
8.6.2
Acero en el enrejado y en los tornillos de ancla.
La carga máxima permisible para el acero en tornillos de enrejado y de anclaje será calculada de acuerdo a la cláusula 6.3.
8.6.3
Suelo
Tanto como sea posible en cada caso individual, la tensión máxima permisible deberá ser corroborada por medio de pruebas. Para condiciones de suelo normales, una presión del suelo máxima permisible de 150 KPA puede ser usada. Normalmente no es necesario considerar el asentamiento en fundaciones en suelos de tipo de fricción. Para fundaciones en suelos de tipo cohesivo, suelo ligeramente compactado, y en material de relleno, el riesgo de niveles de asentamiento peligroso será siempre considerado. Lo que se ha dicho sobre el asentamiento, se aplica en particular a fundaciones de torres las cuales tendrán que soportar principalmente cargas unilaterales en forma prolongada; tales como soportes terminales y angulares, y para fundaciones de torres estáticamente indeterminadas con bases separadas para cada una de las cuatro patas principales. Estas torres son particularmente sensitivas a los movimientos disparejos de las fundaciones.
8.7
ESTABILIDAD DE LA FUNDACIÓN
8.7.1
Cargas de Levantamiento
La carga de levantamiento será siempre igual a o menor que la fuerza de anclaje máxima. Si la fuerza de anclaje máxima se determina mediante pruebas, las condiciones de la prueba no serán más favorables que las condiciones reales.
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8.7.2
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Fundación de suelo
La fuerza de anclaje máxima puede ser calculada como el peso de una pirámide truncada invertida de tierra con un área inferior igual a la base de la fundación y cuyos lados tendrán un ángulo que dependerá del tipo de suelo. La fuerza podrá ser calculada o determinada mediante pruebas. Si aguas freáticas están presentes, esto deberá ser tomado en consideración y la densidad de masa deberá ser reducida a la densidad sumergida. La densidad de masa del suelo no se asumirá que sea mayor que lo que se pueda juzgar que lo que corresponde a la realidad en cada caso individual. Para condiciones de suelo normales la densidad es de 1500 kg/m³ sobre la capa de agua freática y de 800 kg/m³ por debajo de la misma. El ángulo de tronco (frustum) máximo es de 20°.
8.7.3
Fundación de roca
Las fundaciones de roca serán ancladas de tal manera que los tornillos de anclaje no se deslicen y que la base de la roca no sea dañada por las tensiones para las cuales la fundación es diseñada. Las investigaciones que sean necesarias serán realizadas para determinar la densidad de masa de la roca, su grado de agrietamiento y su capa de agua freática. La influencia del agrietamiento en el contrapeso de la roca será tomado en consideración reduciendo el ángulo de tronco (frustum) de 45° a 30° normalmente. Las pruebas de carga necesarias serán realizadas para confirmar la carga máxima calculada teóricamente para anclajes en los diferentes tipos de roca.
8.7.4
Momento de vuelco
El momento de vuelco será igual o menor que el momento de estabilidad máximo calculado de acuerdo un programa de computadora EPRI o la teoría desarrollada por J. Brinch Hansen. En suelo no compacto puede ser necesario aumentar el diámetro en el suelo por medio de grava compactada o concreto.
8.8
EXCAVACIÓN
Cuando se excava para fundaciones la capa de suelo bajo la fundación no deberá ser alojada. Donde este aflojamiento del suelo no pueda ser evitado, entonces será completamente compactado antes de que los trabajos de concreto ocurran. El aflojamiento de las capas del suelo alrededor de la fundación deberá también ser evitado lo más posible.
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El suelo de relleno no recupera inmediatamente sus propiedades de resistencia originales aun cuando es completamente compactado. Si la fundación se espera que esté expuesta a grandes cargas de levantamiento o de vuelco antes del que el relleno inferior haya tenido el tiempo para consolidarse, se deberá tomar en consideración esta situación al diseñar la fundación. En tipos de suelo no compactos con bajos pesos volumétricos, el material de relleno puede ser reemplazado por tierra con un peso volumétrico mayor. MANUAL DE DISEÑO INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD Versión Final
22 de Marzo de 1993
7 – {SIDA ¦ 1} (8)
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9
ATERRIZAJE FUNCIONAL Y DE PROTECCIÓN
9.1
GENERALIDADES
El aterrizaje de la línea se compone tanto del “aterrizaje funcional” para obtener seguridad aceptable contra la rayería por medio de la desviación de las corrientes que se producen, y del “aterrizaje de protección” contra sobrevoltajes. En general, el sistema de aterrizaje deberá cumplir los siguientes requisitos: -
Guía 80 IEEE, Guía para la seguridad en subestaciones. Instituto de Ingenieros Electrónicos, Nueva Cork, 1976.
aterrizaje Eléctricos
de y
-
Proyecto EPRI 1491-1, Octubre 1982: Aterrizaje de líneas de transmisión, volúmenes 1 y 2.
Los techos de casas, cercas, puertas u otros objetos metálicos en las propiedades cercanas a la línea de transmisión deben aterrizarse de acuerdo al criterio del I.C.E.
9.2
DIMENSIONES Y CONFIGURACIÓN CONDUCTORES A TIERRA
9.2.1
Dimensiones
El área de los conductores de tierra acuerdo a la magnitud de la corriente mencionó en el capítulo 5, el cálculo tierra es de 25 kA, con una duración de
GENERAL
DE
LOS
subterráneos se escoge de de falla a tierra. Como se de la corriente de falla a 1 segundo.
Debido a que el riesgo de corrosión es alto, los conductores a tierra para el “aterrizaje funcional” consisten de varillas y cables de cobre o revestidos de cobre. Para “aterrizaje de protección” se deben utilizar cables de acero. Los conductores revestidos de cobre deben cumplir los requisitos de la norma ASTM B 227 Y B 228, grado 40 HS (alta resistencia). Los cables para conectar las torres a las varillas de aterrizaje, electrodos de tierra o contra-antenas continuas, deben tener un área mínima de 50 mm² tanto como conductores de cobre como en los conductores revestidos en cobre. Los electrodos de tierra o contra-antena continua deben tener un área mínima de 35 mm². Los conductores de acero deben tener un área mínima de 50 mm² y cumplir los requisitos de la norma ASTM A 475, grado HS, clase B. Las varillas de puesta a tierra están compuestas de un núcleo de acero de alta resistencia con una capa exterior de cobre puro, sujeta fuertemente al núcleo y con rosca externa en ambos extremos. La capa de cobre debe tener un espesor mínimo de 0,3 mm. Las varillas de puesta a tierra deben tener un diámetro de 16 mm y un largo de 3,0 metros. 88/112
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Las conexiones subterráneas pueden ser atornilladas. Se pueden utilizar grapas de presión y conexiones soldadas. Todas las conexiones, grapas y descargadores de chispa (spark gap), deben diseñarse de tal manera que soporten térmica y mecánicamente la corriente antes mencionada.
9.2.2
Conexión de los conductores de tierra a las torres
El conductor a tierra se conecta a la pata de la torre por medio de un conductor vertical. Para compensar el posterior estiramiento del conductor vertical, debido al asentamiento del relleno de la fundación, el conductor puede colocarse directamente bajo la superficie de la tierra y dando una vuelta pronunciada alrededor de cualquier esquina de la construcción. Si las torres tienen fundaciones de concreto o acero, el conductor de cobre se conecta directamente a la torre. Dichas fundaciones pueden pintarse con bitumen frío. La conexión puede ser colocada 0,2 metros bajo el nivel del suelo. Si no existe este tipo de fundación el conductor de cobre se conecta a la torre por medio de un descargador de chispa, de esta forma se protegen las partes de acero contra la corrosión debida a las corrientes galvánicas. El descargador de chispa debe estar colocado sobre el nivel del suelo, de manera que esté accesible al mantenimiento. El conductor de acero para el “aterrizaje de protección” se conecta directamente a la torre a 0,2 metros bajo el nivel del suelo. Cuando un conductor de cobre se conecta a la torre por medio de un descargador de chispa, el conductor debe aislarse con un tubo plástico (PVC). El descargador de chispa no debe ser de más de 2 mm (tolerancias +0, -1). El tubo plástico debe aislar al conductor de aterrizaje de la pata de la torre, desde el punto de conexión, hasta un punto que esté aproximadamente a 0,5 metros de la pata de chispa se muestra en la figura 8.2 Conductores de cobre no aislados que se coloquen subterráneamente no deben situarse a menos de un radio de 0,5 metros de las partes de acero de la torre o de las fundaciones de acero. Si los conductores de cobre o revestidos en cobre se cruzan con conductores de acero enterrados (por ejemplo, anillos protectores), el aislamiento debe extenderse para llegar por lo menos a 0,5 metros más allá del punto de cruce.
9.2.3
Profundidad de los conductores a tierra enterrados
Los conductores a tierra para el “aterrizaje funcional” deben enterrarse a una profundidad de al menos 0,5 metros, y en tierra agrícola, a una profundidad de al menos 0,8 metros. Los conductores de los anillos a tierra para el nivelamiento del potencial a tierra deben enterrarse a una profundidad de 0,2 – 0,3
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metros con un máximo de 0,5 m. En terrenos difíciles el conductor debe enterrarse tan profundamente como sea posible. Se debe evitar el colocar conductores de cobre o recubiertos con cobre sobre la superficie de placas de roca. De no ser posible, el conductor debe ocultarse en una zanja que tenga una profundidad de 80 mm y debe cubrirse con concreto.
9.2.4
Cruces
9.2.4.1
Tuberías de agua
Los conductores a tierra pueden cruzar tuberías metálicas de agua potable o de aguas negras. Las contra-antenas no deben cruzar tubos metálicos de agua potable o aguas negras pequeños. Para posibilitar el cruce, una sección de la tubería debe ser reemplazada por tubo plástico.
9.2.4.2
Cables eléctricos y electrodos a tierra
Los conductores a tierra pueden cruzar cables de potencia de 10 kV o voltaje superiores. Los conductores a tierra no deben cruzarse con cables de telecomunicaciones o cables para voltajes inferiores a 10 kV sin una investigación especial y aprobación del I.C.E. Los conductores a tierra deben colocarse a 0,5 metros por debajo de los cables que se cruzan a lo largo de un tramo de aproximadamente 5 metros de cada lado del cruce. La distancia de los conductores de tierra a los electrodos tierra para redes de bajo voltaje no debe ser menor a 100 m, y distancia a cables de telecomunicaciones no debe ser menor a 50 Si son necesarias distancias más cortas en casos especiales, deben realizar investigaciones que deben aprobarse por el I.C.E.
de la m. se
Como se menciona en el Capítulo 2, cláusula 2.4.3, la distancia entre los sistemas a tierra de las torres de dos líneas de alto voltaje debe ser de al menos 50 metros. Si es necesario disminuir esta distancia, debe realizarse un estudio detallado en cada caso.
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10
SERVIDUMBRE
10.1
OBJETIVO
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Área necesaria para la construcción, operación y mantenimiento de la línea de transmisión con todos los requisitos de seguridad propia y de terceros.
10.2
ANCHO DE LA SERVIDUMBRE
El ancho de la servidumbre debe establecerse para cada tramo (estructuras comprendidas entre dos torres de remate) de acuerdo con las condiciones geográficas y metereológicas de cada zona por donde pasa una determinada línea de transmisión. Para este efecto debe considerarse la máxima velocidad de viento que es posible que se dé en la región, así como la tensión correspondiente del conductor, el tamaño de los vanos y el voltaje de la línea. El ancho de la servidumbre debe establecerse mediante el empleo de la siguiente ecuación: (10.1) donde: L
:
ancho de la servidumbre.
b
:
distancia horizontal entre el eje del soporte al punto de fijación del conductor más alejado del eje.
d
:
desplazamiento máximo del conductor.
D
:
distancia horizontal mínima de un objeto al conductor.
Para el cálculo de la proyección horizontal del conductor (d) se debe emplear la siguiente ecuación: (10.2) donde: la
:
longitud de la cadena de aisladores
f
:
flecha del conductor calculada a una temperatura ambiente de 25°C y para un vano igual al mayor de los vanos que componen el tramo
θ
:
ángulo de oscilación de la cadena de aisladores.
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d
D
L Figura 2.
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Ancho de servidumbre para líneas compactas de 1 circuito.
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La ecuación (1) se puede adaptar a tres tipos de terreno: a)
Terreno plano donde “D” debe tomarse de los valores indicados en la tabla IV-2 y el valor “d” debe ser calculado de acuerdo con la ecuación No. 2.
b)
Terrenos ondulados donde D = 0.
c)
Terreno quebrado donde D = 0 y d = 0.
10.3 CORREDOR Al ancho de la servidumbre (área marcada con “3” en la figura 3) calculado de la ecuación (10.1) debe agregársele una longitud adicional “l” (áreas marcadas con”1” y “2” en la figura 3). El área formada por “l” y la longitud de la línea de transmisión se denomina “corredor”. El corredor tiene como objetivo evitar que árboles que crezcan a los lados de la línea puedan caer sobre los cables. Por esta razón la única restricción que se establece en esta área es la limitación al tamaño de los árboles. Su ancho varía con la forma del terreno y la altura máxima que se puede esperar que crezcan los árboles en la región (ver figura 3). El ancho del corredor siguiente ecuación:
se
calcula
mediante
el
empleo
de
la
(10.3) donde: l
:
ancho del corredor (m)
h
:
altura del árbol (m)
A
:
distancia vertical del conductor al suelo (m²)
b
:
separación horizontal entre fases (m)
L
:
ancho de la servidumbre (m)
β
:
ángulo de inclinación del terreno. Medido en el sentido de las agujas del reloj.
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O2
O1
h1
A2
A1
h2
l2 L/2 L/2 l1 B
l1
1
b L
3
l2
2
Figura 10.3.
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Definición del corredor
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10.4
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CAMPO ELECTRO – MAGNETICO
Los campos eléctricos y magnéticos de una línea de transmisión de 230 kV o menos se deben limitar de la siguiente manera:
10.4.1
Campo eléctrico
a)
En el borde de la servidumbre (a 1,4 m del suelo): menos de 2,4 kV/m.
b)
Dentro de la servidumbre, en cualquier punto (a 1,4 m del suelo): menos de 8,0 kV/m.
10.4.2
Campo magnético
Valores máximos en el borde de la servidumbre: a) Bajo condiciones normales de carga (a 1,4 m del suelo): 150 mG. b) Bajo condiciones anormales de operación (causadas por fallas o por mantenimiento): no hay limitaciones. c) Para picos de carga (máximo de 500 MW por un tiempo menor a 20 h al año): 529 mG.
10.5
CALCULO DE LA SERVIDUMBRE PARA LINEAS PARALELAS
En el caso de “n” líneas paralelas (figura 5) el ancho de la servidumbre se determina de la siguiente ecuación: (10.4) donde: Σdsi
:
suma de las distancias “ds” (figura 4) entre los centros de las estructuras de las líneas paralelas.
d1, b1, D1, dn, bn, Dn
:
distancia b, d, y D de la ecuación (1) tomadas para la primera y la última línea.
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Conductor 2 Conductor 3 DH
Conductor 1
DV DH DO
(DH < DV)
DO
DV
Conductor 4
(DH < DV) Línea de aprox. entre los conductores 3 y 4
Línea de aprox. entre los conductores 1 y 2
Figura 4.
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Cálculo de la distancia ds1 para líneas paralelas
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L
D1
d1
b1
dsi
bn
dn
Dn
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Figura 5. Definición del ancho de la servidumbre en líneas paralelas
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10.6
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USO DE LA SERVIDUMBRE
El uso de la servidumbre para fines particulares se limita en los siguientes casos: a)
Edificios, casas, bodegas y obras similares. No se permitirá este tipo de construcciones en la servidumbre de la línea.
b)
Construcciones de calles paralelas y transversales. En las calles paralelas dentro de la servidumbre se deberá construir un bulevar en cuya jardinera central se ubicarán las estructuras de soporte de la línea. El ancho de esta jardinera debe ser suficiente para proteger las torres y será determinado por el ICE para cada caso particular. El ICE indicará cuando se requieran construir protecciones adicionales los planos de las cuales deberán ser aprobados por la Institución. En las calles transversales deberá existir una distancia mínima de 5 m entre la calle y las estructuras de soporte. Cuando sea necesario se deberá construir la protección adicional descrita en el apartado anterior. En ambos casos se deberán respetar las distancias mínimas de seguridad indicadas en la tabla IV-2 punto 7.
c)
Explotación minera, tajos: El ICE congelará todos los derechos de explotación minera a lo largo de la servidumbre. La explotación de cualquier mina o tajo en terrenos afectados por la servidumbre deberá contar con la previa autorización del ICE para evitar que la misma ocasione daños en la fundación de las estructuras.
ch)
Taludes, zanjas y drenajes: No se podrán hacer taludes, zanjas o drenajes a una distancia de 10 m del centro de la torre sin la previa autorización del ICE.
d)
Parques de recreo, zonas verdes y lagos: Su uso queda condicionado a la aprobación del ICE ya que tanto las torres como su sistema de puesta a tierra deberán ser modificadas para evitar posibles accidentes. En todo caso se deberán observar las distancias mínimas de seguridad indicadas en la tabla IV-2.
e)
Otro tipo de construcciones: Cualquier otro tipo de construcciones deberá guardar la distancia mínima de seguridad especificada en la tabla IV-2 y deberá ser aprobada por el ICE antes de su erección.
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d)
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Cultivos y árboles dentro de la servidumbre En general, los cultivos dentro de la servidumbre deberán hacerse de tal forma que no entorpezcan las labores de mantenimiento. Para ello, cuando el ICE lo estime necesario, el propietario deberá dejar un espacio de 5 m de ancho contados a partir de las patas de la torre y a lo largo de la servidumbre, para que el personal del Instituto pueda acceder todas las torres con sus equipos (camiones) de mantenimiento.
d.1)
Caña de azúcar: queda prohibida su siembra dentro del área de la servidumbre.
d.2)
Banano y plátano: se permitirá su siembre únicamente en los sitios donde la línea, en su condición de máxima temperatura y fluencia lenta, pase a una distancia de 11 m o más del suelo.
d.3)
Palma africana: se permitirá su siembra únicamente en los sitios donde la línea, en su condición de máxima temperatura y fluencia lenta, pase a una distancia de 15 m o más del suelo.
d.4)
Árboles frutales, maderables o de ornato: se restringe su siembra a sitios donde el árbol, en su condición de desarrollo máximo, quede a una distancia al conductor más bajo, en su condición de máxima temperatura y fluencia lenta, de 5 m o más. El ICE podrá cortar por su cuenta aquellos árboles, ramas o troncos que estando dentro del corredor establecido según la cláusula 9.3 sobrepasen la altura indicada.
10.7
PROTECCIÓN AMBIENTAL
10.7.1
FLORA Y FAUNA
La flora que no sea estrictamente necesario eliminar, para cumplir con los requisitos de limpieza de la servidumbre y la construcción de carreteras de acceso, debe preservarse en su estado natural. Todos los árboles que se encuentren dentro de la servidumbre, serán cortados y removidos de tal manera que se minimice el daño a otros árboles. De igual forma la fauna se protegerá contra cualquier tipo de daño debido a la operación o acción del constructor.
10.7.2
AGUA
El constructor no contaminará las aguas con combustible, aceite, desechos u otras sustancias dañinas. Durante el trabajo de construcción se debe prever la no obstaculización del flujo de agua en canales de irrigación o canales de abastecimiento de agua, de ríos, corrientes, o drenajes de autopistas o calles, etc. 99/112
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Donde sea necesario, la dependencia a cargo de la inspección puede ordenar el uso de alcantarillados temporales.
10.7.3
DESECHOS
Cuando el trabajo ha finalizado, el constructor eliminará, mediante métodos apropiados, los desechos resultantes de la construcción. No se permitirá la quema de ningún tipo de desecho resultante del trabajo de construcción.
10.8
LIMPIEZA DE LA SERVIDUMBRE
10.8.1
Regulaciones para la limpieza
Para hacer la limpieza de la servidumbre se deben observar las distancias del capítulo 4. El constructor cortará la vegetación, a lo largo y ancho de la de servidumbre, de acuerdo con las regulaciones especificadas en este capítulo y las instrucciones emitidas por la dependencia a cargo de la inspección. La dependencia a cargo de la inspección puede reducir o eliminar, a su juicio, la limpieza de la servidumbre en los siguientes casos. a.
Plantaciones donde las cosechas, en su condición final de desarrollo estén, por lo menos, a una distancia de 5 metros de la posición del conductor más bajo, en la condición de tensión mínima (flecha máxima).
b.
En depresiones profundas donde la vegetación está por lo menos a 10 metros del conductor más bajo, el ancho de la servidumbre será como máximo el mismo que la separación horizontal entre las fases, más 1 metros.
10.8.2
Fuentes de agua
Está prohibido el cortar la vegetación en las fuentes de agua.
10.8.3
Árboles peligrosos
Cualquier grupo de árboles altos localizados fuera de la servidumbre y los cuales, en caso de que cayeran, pasen a una distancia de menos de 5 metros del conductor, serán cortados, después de que el ICE obtenga el permiso del propietario.
10.8.4
Restricciones de corta de árboles
Los árboles serán cortados tan cerca del suelo como sea posible con la finalidad de facilitar la construcción y el mantenimiento y obtener el mayor uso de la madera. Los árboles productores de madera solamente pueden utilizarse o venderse por el propietario del terreno.
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Los troncos de los árboles, después de que sus ramas hayan sido removidas, serán apilados y cortados en tamaños comerciales, en una forma segura y ordenada, a lo largo de los bordes de la servidumbre de tal manera que no estorben al propietario o al trabajo de mantenimiento.
10.8.5
Propiedades
El constructor debe responsabilizarse por las reparaciones inmediatas de cualquier daño hecho a propiedades, excepto por el corte de la vegetación, bajo la autorización de la dependencia a cargo de la inspección.
10.8.6
Descubrimientos arqueológicos
Cuando se encuentre cualquier tipo de objetos que tengan un valor arqueológico, esto se reportará inmediatamente a la dependencia a cargo de la inspección, para que esta comunique el hallazgo a las autoridades respectivas. En estos lugares, el trabajo se detendrá hasta que la dependencia a cargo de la inspección autorice la continuación del mismo.
10.8.7
Cruce de ríos
En el punto de cruce de ríos y quebradas donde sea estrictamente necesario cortar árboles, los lechos deben dejarse limpios de troncos y ramas, de tal forma que el agua pueda fluir libremente.
10.8.8
Huertos y jardines
Donde la servidumbre pase a través de áreas tales como huertos y jardines, la limpieza se hará en el lugar de la torre, excepto que el ICE requiera el podado o corte de todos los árboles y obstáculos que interfieran con la operación de la línea de transmisión. El constructor tomará las previsiones del caso para mantener la irrigación existente a lo largo de estas áreas. Las operaciones de construcción deben realizarse de forma tal que se produzca el mínimo daño a la propiedad y siempre en una forma aprobada por el ICE.
10.8.9
Plantaciones de azúcar
Las plantaciones de azúcar límites de la servidumbre.
10.9
CAMINOS DE ACCESO
10.9.1
Regulaciones
deben
terminar
a
10
metros
de
los
El constructor debe utilizar, tanto como sea posible, los caminos existentes. Estos se mantendrán en buen estado durante los
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trabajos de construcción y deben dejarse en la misma condición, después de la finalización de los trabajos. Si es necesario construir alguna vía de acceso, el constructor entregará a la dependencia a cargo de la inspección, con dos meses de antelación, su plan para la ejecución de dicha obra para así obtener la autorización correspondiente. Este permiso podrá ser rechazado en aquellos casos donde dependencia a cargo de la inspección lo considere crítico.
10.9.2
la
Permiso de construcción
El constructor es responsable de obtener los permisos necesarios para la construcción o uso de caminos de acceso. En caso de que le sea imposible obtener tales permisos, se debe utilizar la servidumbre como acceso a los sitios de trabajo. En todo lo relacionado a la obtención de permisos, las normas contenidas en el “Manual de Inspección de Líneas de Transmisión” deben utilizarse y respetarse.
10.9.3
Reparación de daños
El constructor es responsable por la reparación de todo el daño causado durante la construcción de los caminos de acceso (alcantarillados), cercas, desestabilización del terreno, etc).
10.9.4
Sitios de las torres
La construcción de caminos de acceso no podrá causar desestabilización del suelo en los sitios donde se ubican las torres.
10.9.5
Pendiente de los paredones
En el caso extremo que sea imposible el evitar cortes pronunciados en el suelo, la pendiente de los paredones, tendrá una inclinación apropiada, de acuerdo al tipo de suelo. Tal pendiente se definirá por el constructor y debe ser aprobada por la dependencia a cargo de la inspección.
10.10
EDIFICACIONES
10.10.1
Regulaciones
El ICE permitirá al propietario algunas edificaciones y viviendas. El constructor, por lo tanto, no estará obligado a removerlas de la servidumbre. Si algún edificio o construcción permanece en la servidumbre en el momento que el constructor esté preparado para despejar dicha servidumbre, este le informará al ICE y debe obtener el permiso para remover tales edificaciones.
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10.10.2
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Distancias de seguridad
Las distancias son válidas hasta altitudes de 500 metros sobre el nivel del mar. Para niveles superiores las distancias se incrementarán a 0,15 metros por cada mil metros en altitud. Las distancias se calculan sin viento y con una temperatura del conductor máxima. Voltaje (kV) 138 230
10.11
Distancia horizontal mínima (m) 10.0 10.0
DISTANCIAS A LAS CARRETERAS Y LINEAS FERREAS
La distancia del borde de una carretera, a la pata de una torre debe ser al menos de 5 metros. La distancia de una pata de una torre a una quebrada será de, al menos, 10 metros. Estas distancias mínimas podrían ser aumentadas dependiendo de las condiciones del suelo y del tamaño de la fundación. La distancia desde el centro de la torre a una línea férrea será, de al menos, 20 metros.
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Tabla 4.3.
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Altura del conductor intersecciones
Conductor vivo pasando sobre o cruzando
sobre
el
terreno
Altura vertical mínima en metros para el caso (a) 138 kV 230 kV
Terreno agrícola Plantaciones, desde la parte superior de las plantas Carreteras, caminos secundarios, calles, estacionamientos y otros lugares donde transiten vehículos más altos que 2,5 m. Autopistas
7,0
8,0
4,0
4,5
7,0
8,0
8,0
9,0
Terreno sin tráfico vehicular
5,0
5,5
sin azotea
3,5
4,0
con azotea
5,0
5,5
Piscinas Chimeneas(1) señales de tráfico, valla publicitaria, antenas, depósitos de aceites y similares Ferrocarriles no electrificados Ríos, lagos y canales con tráfico marino(2) Ríos, lagos y canales con botes pequeños (2) Ríos, lagos y canales sin botes (2) Líneas de transmisión con voltajes menores a 1,3 kV y líneas de comunicación. Líneas de transmisión de 1,3 a 34,5 kV Líneas de transmisión de 138 kV
9,0
9,5
3,0
3,5
9,0
10,0
14,0
14,5
12,5
13,0
7,5
8,0
1,5
2,0
2,0
4,0
3,0
4,0
-----
4,0
Edificios(1)
Líneas de transmisión de 230 kV
(1) (2)
En condiciones normales no se permiten construcciones bajo la línea. Con nivel de agua máximo.
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e
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Tabla 4.4. Separación de seguridad condiciones de viento.
horizontal
del
conductor
en
Distancias horizontales mínimas en metros. 138 kV 230 kV
Conductor vivo pasando paralelo. Edificios, a cualquier parte Chimeneas, señales de tráfico, valla publicitaria, antenas, depósitos de aceites y similares. Árboles
2,5
3,0
2,5
3,0
2,0
3,0
Caminos Ferrocarriles no electrificados
4,0
5,0
4,0
5,0
Tabla 4.5. Separación de seguridad horizontal del conductor en condiciones de calma. Distancias horizontales mínimas en metros. 138 kV 230 kV
Conductor vivo pasando paralelo. Edificios, a cualquier parte
10,0
10,0
Chimeneas, señales de tráfico, valla publicitaria, antenas, depósitos de aceites y similares. Árboles
3,0
3,0
10,0
10,0
Caminos
5,0
5,0
3,0
3,0
Ferrocarriles electrificados
no
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TOPOGRAFÍA
11.1
GENERAL
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Se supone que el constructor de la línea se encuentra bien informado del trabajo que concierne a la topografía de la línea de transmisión.
11.2
RECONOCIMIENTO
Todas las autoridades pertinentes, así como los propietarios de terrenos afectados por el proyecto deben ser informados y deben obtenerse los respectivos permisos para levantar la topografía. Antes de efectuar cualquier trabajo de topografía, la ruta de la línea de transmisión debe ser reconocida (puntos de salida y llegada, puntos de deflexión, obstáculos, etc.).
11.3
LINEA VISTA PARA LA TOPOGRAFIA
En áreas forestales la ruta debe limpiarse para lograr la línea vista más angosta posible. Solamente los árboles que se encuentren en línea vista deben cortarse. Si existen árboles grandes en la línea vista pero el alineamiento de la línea no es definitivo, deben esquivarse. Los árboles que deban cortarse se harán de acuerdo a las instrucciones del propietario del terreno.
11.4
SEÑALIZACIÓN
En terreno forestal la línea de centro debe marcarse en los puntos de inflexión, y en carreteras. La distancia entre marcas no debe exceder los 100 m. A la izquierda o a la derecha de los tacos, debe ponerse una estaca, alrededor de 1.5 m, indicando el __________. Las estacas se pintan de rojo y su texto se protege con barniz.
11.5
SISTEMA DE ELEVACIÓN
Debe utilizarse el sistema nacional de elevación. Los puntos de salida y llegada deben verificarse contra otros puntos conocidos. Otro método alternativo se podría utilizar.
11.6
MEDICIÓN LONGITUDINAL
Las mediciones longitudinales de los puntos de la línea de centro, se realizan midiendo todos los puntos de deflexión. En terreno plano los intervalos no deben exceder los 50 m. Cuando se hace la topografía sobre lagos, ríos, etc. debe anotarse la fecha. Debe medirse el nivel de agua más alto. Esto es de importancia para las distancias del conductor sobre el agua.
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11.7
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MEDICIÓN TRANSVERSAL
Las mediciones transversales son las medidas de las pendientes a ambos lados de la línea del centro. Si el terreno es plano esto no es necesario. En terrenos con pendientes los niveles deben tomarse a tres distancias diferentes a partir de la línea de centro: fundación izquierda y derecha (para la altura media de la torre); y en el punto más alto dentro de tres metros de la fase exterior (en ambos lados). También rocas grandes dentro del límite de los 3 m (o aún fuera si son altas) deben ser levantadas. Todos los niveles transversales deben verificarse con la _____ de la línea de centro. Si el terreno, fuera de los límites de los 3 m, tiene pendientes de más de 1:2, deben hacerse medidas cada 5 m hasta el nivel donde termine el obstáculo, es decir, rocas, colinas, etc.
11.8
CODIGO DEL TERRENO
Para hacer la localización de las torres más precisa es preferible revisar visualmente el terreno a lo largo de la línea y utilizar algún código. Este código puede mostrar el tipo de terreno y la humedad. El terreno flojo, o fangoso debe revisarse. Si la profundidad es mayor a los 4 m debe marcarse. El código del terreno y la profundidad del terreno fangoso debe marcarse en los perfiles de la línea.
11.9
CRUCE DE OBSTÁCULOS
Para cruzar líneas aéreas de transmisión, telecomunicaciones, carreteras, tuberías, vías férreas, edificios, etc., se deben hacer esquemas, que deben consistir de un dibujo de planta con escala 1:500 y de un perfil con escala de 1:200 vertical y 1:2000 horizontal. La planta y el perfil deben cubrir alrededor de 25 m de cada lado de la línea de centro. Debe anotarse información del obstáculo como voltaje, elevación, etc. Se dan ejemplos de estos esquemas en los apéndices 1 y 2.
11.10
MAPAS
El mapa debe cubrir edificios, líneas de transmisión, tuberías, carreteras, etc. dentro de una distancia de 50 m de cada lado de la línea de transmisión. Las casas de habitación deben marcarse si se encuentran situadas a menos de 150 m de la línea de centro. Deben medirse todos los límites que sean de interés entre los diferentes tipos de terreno y entre propietarios. Se requiere una precisión de 0.1 m dentro de un área de 20 m desde las fases externas de la línea en lo que respecta a edificios y límites de propiedades. Se deben realizar otras medidas para que la falla no exceda el 4%. Ver ejemplo en el apéndice 3.
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11.11
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PLANOS DE PLANTA Y PERFIL
El resultado de la topografía debe presentarse en planos con planta y perfil. Las escalas a utilizar para el perfil son 1:2000 horizontal, 1:200 vertical; o 1:5000 y 1:500 respectivamente.
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APENDICE A CALCULO DE FALLA DE BLINDAJE La probabilidad de que ocurran fallas en el blindaje de una línea tiene que ser calculada para cada diseño, ya que tales fallas representan una proporción significativa en la tasa de desconexión total de algunas líneas, particularmente líneas con un solo hilo de guarda. La siguiente figura muestra un modelo simplificado del mecanismo de fallo de blindaje. A medida que un rayo se acerca a una distancia S de la tierra y la línea, este es influenciado por lo que está debajo de él y salta la distancia S para hacer contacto. La distancia S es llamada la distancia de golpe (strike distance) y es una función de la carga en el canal del rayo que se acerca. La ecuación siguiente puede ser usada para determinar la distancia S. (A1) donde I es la corriente de golpe (kA). A 0
B C
P
S
AREA “DESCUBIERTA”
S G
R
0 S S
a
kS C
Yg
Yc
xs
BLINDAJE ICOMPLETO, EL ANCHO Xs ESTA DESCUBIERTO. TRAZO B SALTA AL CONDUCTOR DE FASE
Figura A.1:
Modelo de fallas blindaje 109/112
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Como puede verse en la figura A.1, solamente los rayos que alcancen el arco PQ saltarán al conductor. Los rayos que alcancen los arcos OP ó QR saltarán al hilo guarda o a tierra. Para los siguientes cálculos se utilizará como altura promedio del conductor la altura de la torre menos dos tercios de la flecha. Si el alambre de protección es movido a una posición más cercana al conductor, se alcanzará una nueva condición en la que el arco descubierto PQ desaparece y ningún rayo entrante no puede alcanzar el conductor de fase. Esto da por resultado un ángulo de blindaje efectivo. Si S es conocido y si kS > Yc, se puede encontrar la siguiente solución trigonométrica para el ancho descubierto Xs: (A2) donde:
Si kS < Yc, cos() es fijado igual a 1 y (A3) El coeficiente k = 0,8. Para resolver la tasa de fallas de blindaje, la magnitud de la corriente de golpe Imín al conductor justamente suficiente para que ocurra contorneamiento debe ser calculada: (A4) donde: Imin
:
es la corriente de golpe mínima para producir un fallo de blindaje (kA)
Vc
:
es el voltaje nominal de disrupción por rayo (kV)
Zc
:
es la impedancia característica del conductor.
La Imín calculada es insertada en la ecuación A1 para calcular la distancia de impacto Smín a la fase. Reemplazando S por Smín en las ecuaciones A2 ó A3, se puede calcular el arco desprotegido Xs. La distancia designada Smáx que puede provocar un fallo de blindaje. Solamente rayos teniendo corrientes de golpe entre Imán e Imáx causan un fallo de blindaje. La solución para Smáx puede ser calculada como sigue: 110/112
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(A5) donde: Yo
:
As
:
Bs
:
Cs
:
m
:
Imáx puede ser calculada insertando Smáx en la ecuación A1. Las probabilidades de Imín e Imáx están utilizadas para calcular la tasa de fallo de blindaje por cada 100 km por año: (A6) donde: T
:
es el nivel ceráunico
Xs
:
es el ancho desprotegido
Pmin
:
es la probabilidad de que una descarga excederá Imin
Pmax
:
es la probabilidad de que un golpe excederá Imax . Las probabilidades son calculadas con la ecuación A7.
La probabilidad de que la corriente excederá I kA puede ser calculada de:
pico
en
cualquier
rayo
(A7) La ecuación es para un hilo de guarda y un conductor de fase. Podría haber otros conductores de fase que están expuestos o podría haber un conductor que está expuesto en ambos lados, en estos casos cada tasa de fallo de blindaje es sumada separadamente para encontrar la tasa de fallo de blindaje total. El modelo es válido solamente para rayos verticales pero también deben considerarse rayos desde otras direcciones. Dependiendo de las probabilidades de distribución angular de rayos, el ancho Xs blindaje deberá ser multiplicada por un factor de 2.
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