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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA
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UNIVERSIDAD NACIONAL
PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA YELECTRICA
PRIMER PROGRAMA DE TITULACIN PROFESIONAL
EXTRAORDINARIA
TESIS DE INGENIERIA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA
PRESENTADO POR:
Lambayeque, Per
2013
VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN DE LA LINEA DE
TRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE SALIDA
60 kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN
SECHSUR"
Br. ROS CAMPOS VCTOR MANUEL
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UNIVERSIDAD NACIONAL
PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA YELECTRICA
PRIMER PROGRAMA DE TITULACIN PROFESIONAL
EXTRAORDINARIA
TESIS DE INGENIERIA
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE
INGENIERO MECANICO ELECTRICISTAAprobado por el Jurado Examinador
PRESIDENTE : _____________
SECRETARIO : . _____________
VOCAL : . _____________
ASESOR : Ing. Carlos Yupanqui Rodrguez _____________
Lambayeque, 2013
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UNIVERSIDAD NACIONAL
PEDRO RUIZ GALLOFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y
ELECTRICA
PRIMER PROGRAMA DE TITULACIN PROFESIONAL
EXTRAORDINARIA
INFORME DE INGENIERA
Lambayeque, 2013
CONTENIDO
CAPTULO I : PERFIL DE LA INVESTIGACIN.
CAPTULO II : SITUACION ACTUAL.CAPTULO III : FUNDAMENTO TEORICO.CAPTULO IV : FORMULACIN Y EVALUACIN.
CAPTULO V : CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
AUTOR
Br. R OS CAMPOS VICTOR MANUEL
VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN DE LA LINEA DETRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE
SALIDA 60 kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN
SECHSUR"
TTULO
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DEDICATORIA
A Dios:
Por ser mi Padre y Confidente, y regalarme cada maravilloso da para
cumplir cada una de mis metas.
A mis Padres:
Carlos Enrique Ros Verastegui.
Rosa Marlene Campos Tirado.
Gracias a su amor, ejemplo, comprensin y apoyo he logrado alcanzar mis
metas.
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AGRADECIMIENTO
Agradezco al Ing. Carlos Yupanqui Rodrguez; mi asesor de tesis, por sus
consejos y ayuda para la realizacin de este trabajo.
A los profesores de la Facultad de Ingeniera mecnica y elctrica de la
Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo; de manera especial al Ing. Jony
Villalobos Cabrera por compartir conmigo sus conocimientos.
A los Ingenieros Luis Gonzales Bazn, Luis Chvez Bustamante y Wilmer Soto
Torres, por sus enseanzas y apoyo constante de manera incondicional.
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VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN DE LA LINEA DE
TRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE SALIDA
60kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN SECHSUR"
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ndice
INTRODUCCIN ........................................................................................................17
CAPITULO I ................................................................................................................20
PERFIL DE INVESTIGACIN.....................................................................................20
1.1 REALIDAD PROBLEMTICA. .........................................................................20
1.1.1 Identificacin del Problema. ...................................................................21
1.1.2 Delimitacin del Problema. .....................................................................21
1.2 PROBLEMA. ....................................................................................................22
1.3 HIPOTESIS. .....................................................................................................22
1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA. ................................................................22
1.5 OBJETIVOS. ....................................................................................................23
1.5.1 Objetivo General......................................................................................23
1.5.2 Objetivo Especfico. ................................................................................24
1.6 ALCANCES. .....................................................................................................24
1.7 MATERIALES Y EQUIPOS. .............................................................................25
1.8 MTODOS. ......................................................................................................26
CAPITULO II ...............................................................................................................27
SITUACIN ACTUAL .................................................................................................27
2.1 DESCRIPCIN DEL LUGAR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN. ...........27
2.2.1 Ubicacin. ................................................................................................27
2.2.2 Vas de Acceso. .......................................................................................27
2.2.3 Caractersticas Climticas y Geogrficas. .............................................28
2.2 DESCRIPCIN DE LA SITUACIN ACTUAL. ................................................29
2.3 DESCRIPCCIN DE LAS INSTALACIONES ELCTRICAS EXISTENTES. ...30
2.3.1 Subestacin Chiclayo Oeste SECHO 220/60/10 Kv 2x50/50/0.25MVA. 30
2.3.2 Subestacin Chiclayo Norte SECHNOR 60/10 kV 28/35 MVAONAN-ONAF...........................................................................................................32
2.3.3 Subestacin Pomalca SEPOM 60/22.9/10 Kv 7/7/2 MVA. .............33
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CAPITULO III ..............................................................................................................34
FUNDAMENTO TEORICO ..........................................................................................34
3.1 SUBESTACIONES ELCTRICAS. ..................................................................34
3.2.1 Tipos de subestaciones. .........................................................................39
3.2.2 Caractersticas esenciales de una subestacin....................................40
3.2.3 Partes y equipos de las subestaciones elctricas................................443.2.1.1 Barras ...................................................................................................453.2.1.2 Interruptores.........................................................................................463.2.1.3 Cuchillas Desconectadoras.................................................................493.2.1.4 Cuchillas desconectadoras y cuchillas de puesta a tierra................503.2.1.5 Transformador de potencia.................................................................513.2.1.6 Transformadores de corriente. ...........................................................60
3.2.1.7 Transformadores de potencial............................................................623.2.1.8 Apartarrayos.........................................................................................65
3.2 LNEA DE TRANSMISIN. ..............................................................................71
3.2.1 Elementos de una lnea de transmisin.................................................743.2.1.1 Conductores.........................................................................................753.2.1.2 Aisladores.............................................................................................873.2.1.3 Soportes o Estructuras........................................................................98
3.3 DEMANDA Y OFERTA DE LA ENERGA ELCTRICA. ................................ 106
CAPITULO IV ........................................................................................................... 111
FORMULACIN Y EVALUACIN ............................................................................ 111
4.1 ANALISIS DE CAUSAS Y EFECTOS. ........................................................... 111
4.1.1 Causas Directas..................................................................................... 111
4.1.2 Causas Indirectas.................................................................................. 111
4.1.3 Efectos Directos. ................................................................................... 112
4.1.4 Efectos Indirectos.................................................................................. 113
4.2 ANALISIS DE MEDIOS. ................................................................................. 113
4.2.1 Medios de Primer Nivel. ........................................................................ 114
4.2.2 Medios Fundamentales. ........................................................................ 114
4.2.3 Planeamiento de Acciones. .................................................................. 115
4.3 ANALISIS DE FINES. .................................................................................... 116
4.3.1 Fin Directo.............................................................................................. 116
4.3.2 Fin Indirecto........................................................................................... 117
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4.4 ALTERNATIVAS DE SOLUCIN. ................................................................. 117
4.4.1 Situacin sin Proyecto. ......................................................................... 118
4.4.2 Alternativa I. ........................................................................................... 118
4.4.3 Alternativa II. .......................................................................................... 119
4.4.4 Alternativa III. ......................................................................................... 119
4.5 ANALISIS DE LA DEMANDA DE ENERGA ELECTRICA. ........................... 119
4.5.1 Informacin Histrica y Proyeccin de las Variables de Entrada delModelo. 119
4.5.2 Registros de potencia y energa, determinacin del factor de carga.126
4.5.3 Nuevos Suministros.............................................................................. 127
4.5.4 Densidades de Carga en los Distritos de la Victoria, Monsef, Eten,
Puerto Eten y Reque............................................................................................ 1284.5.5 Proyeccin de las Demanda de Potencia y Energa............................ 131
4.6 ANALISIS DE LA OFERTA DE ENERGA ELECTRICA. ............................... 139
4.6.1 Alternativa ILnea en 60 kV-4.8 km SECHO-SECHSUR, Celda deSalida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 en SECHSUR. ...................... 139
4.6.2 Alternativa IIReconversin de Lnea de 22,9 a 60 kV- 4,81 kmSECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 kVen SECHSUR. ..................................................................................................... 140
4.6.3 Alternativa III - Lnea en 60 kV12,93 km SE Pomalca-SECHSUR,celda de salida 60 kV en SE Pomalca y Subestacin 60/23/10 kV en SECHSUR.
140
4.7 BALANCE DE OFERTA Y DEMANDA .......................................................... 141
4.7.1 Alternativas I,II y III ................................................................................ 141
4.7.2 Balance Oferta-Demanda Escenario Optimista. .................................. 144
4.8 ANALSIS DEL SISTEMA ELCTRICO. ......................................................... 147
4.8.1 Anlisis del Sistema Elctrico de las Alternativas I, II y III. ................ 147
4.9 DESCRIPCIN TCNICA DEL PROYECTO. ................................................ 150
4.9.1 Alternativa ILnea en 60 kV- 4,80 km SECHO-SECHSUR, Celda deSalida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 kV en SECHSUR.................. 150
4.9.2 Alternativa II - Reconversin de Lnea de 22,9 a 60 kV- 4,81 kmSECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y Subestacin 60/23/10 kVen SECHSUR. ..................................................................................................... 160
4.9.3 Alternativa III - Lnea en 60 kV-12,93 km SE Pomalca-SECHSUR, celda
de salida 60 kV en Subestacin Pomalca y Subestacin 60/23/10 kV enSECHSUR. .......................................................................................................... 166
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4.10 COSTOS DE LAS ALTERNATIVAS A PRECIOS PRIVADOS. ..................... 169
4.10.1 Costos con Proyecto:............................................................................ 169
4.10.2 Costos Sin Proyecto Situacin Actual Optimizada. ........................ 174
4.11 COSTOS DE LAS ALTERNATIVAS A PRECIOS SOCIALES ....................... 1754.11.1 Costos Con Proyecto......................................................................... 175
4.11.2 Costos Sin Proyecto .......................................................................... 176
4.12 BENEFICIOS DEL PROYECTO ..................................................................... 176
4.12.1 Beneficios en la situacin Con Proyecto- Alternativas I, II y III.......... 176
4.12.2 Beneficios en la situacin Sin Proyecto - Alternativas I, II y III .......... 179
4.13 EVALUACIN PRIVADA DE LAS ALTERNATIVAS ..................................... 179
4.13.1 Premisas de Clculo.............................................................................. 179
4.13.2 Indicadores Econmicos de las Alternativas I, II y III ......................... 180
4.14 EVALUACIN SOCIAL DE LAS ALTERNATIVAS ....................................... 181
4.14.1 Premisas de Clculo.............................................................................. 181
4.14.2 Indicadores Econmicos de las Alternativas I, II y III ......................... 181
4.15 SENSIBILIDAD DE LA RENTIBILIDAD PRIVADA Y SOCIAL DE LAALTERNATIVA SELECCIONADA ............................................................................ 182
4.15.1 Determinacin de las variables relevantes y su rango de variacin.. 182
4.15.2 Anlisis de la sensibilidad de las variables......................................... 183
4.16 ANLISIS DE SOSTENIBILIDAD DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA.184
4.16.1 Organizacin y Capacidad de Gestin................................................. 184
4.16.2 Disponibilidad de Recursos.................................................................. 185
4.16.3 Resultados del Anlisis de Sostenibilidad .......................................... 186
4.17 SENSIBILIDAD DE LA SOSTENIBILIDAD FINANCIERA ............................. 186
4.18 ANLISIS DE RIESGO DE LA RENTABILIDAD ........................................... 187
4.19 ANLISIS DE RIESGO DE LA SOSTENIBILIDAD FINANCIERA ................. 189
4.20 SELECCIN DE LA MEJOR ALTERNATIVA ................................................ 190
4.21 IMPACTO AMBIENTAL DE LA ALTERNATIVA SELECCIONADA............... 190
4.22 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES .............................................................. 192
4.22.1 Cronograma de Ejecucin de Obra...................................................... 192
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4.22.2 Cronograma de Inversiones ................................................................. 192
CAPITULO V ............................................................................................................ 193
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 193
5.1 CONCLUSIONES. .......................................................................................... 193
5.2 RECOMENDACIONES................................................................................... 195
BIBLIOGRAFA ........................................................................................................ 196
Referencia Bibliogrfica. ........................................................................................ 196
Pginas web ............................................................................................................ 196
A Estudio de Demanda. ................................................................................... 197
B Anlisis del Sistema Elctrico. .................................................................... 197
C Inversiones por Alternativas........................................................................ 198
D Clculo de Tarifas de Energa...................................................................... 198
E Cronograma de Ejecucin de Obra ............................................................. 198
F Formulacin y Evaluacin. .......................................................................... 198
ANEXOS
LMINAS Y PLANOS
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LISTA DE CUADROS
Cuadro N1 Subestaciones cerca del rea de influencia del Proyecto.
Cuadro N2 Evolucin Histrica de las Ventas de Energa.
Cuadro N3 PBI del Departamento de Lambayeque (Millones de Soles).
Cuadro N4 Poblacin por Departamentos Censos INEI.
Cuadro N5 Resmenes Modelo Economtrico.
Cuadro N6 Resmenes Modelo de Tendencias.
Cuadro N7 Tasas Promedio por Modelo.
Cuadro N8 Resumen de Registros Histricos de los Alimentadores C-212, C-
217, C-246.
Cuadro N9 Resumen de la Demanda Solicitada por Nuevos Suministros.
Cuadro N10 Nuevas reas de Expansin de los Distritos involucrados en el
rea del Proyecto.
Cuadro N11 Resumen de la Proyeccin de la Demanda Nuevos Suministros.
Cuadro N12 Resumen de la Proyeccin de la Demanda Futuras reas de
Expansin Urbana (kW).
Cuadro N13 Resumen de Proyeccin de Demanda de Potencia por Circuitos
(kW).
Cuadro N14 Resumen de la Proyeccin de Demanda de Potencia por Distritos
(kW).
Cuadro N15 Resumen de la Proyeccin de la Energa del Proyecto.
Cuadro N16 Resumen de la Demanda Actual, Alimentadores C-212, C-217 y
C-246.
Cuadro N17 Balance Oferta - Demanda Alternativas I, II y III.
Cuadro N18 Balance Oferta - Demanda Futura SE Eten.
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Cuadro N19 Balance Oferta - Demanda SE Chiclayo Sur Escenario Optimista.
Cuadro N20 Balance Oferta - Demanda Futura SE Eten, Escenario Optimista.
Cuadro N21 Resultados de Perfiles de Tensiones y Prdidas en la Lnea en 60
kV.
Cuadro N22 Coordenadas UTM de Vrtices de Ruta de Lnea en 60 kV.
Cuadro N23 Coordenadas UTM de Vrtices de Ruta de Lnea en 60 kV.
Cuadro N24 Coordenadas UTM de Vrtices de Ruta de Lnea en 60 kV.
Cuadro N25 Precios Privados de las Alternativas.
Cuadro N26 Precios de Compra en Barra sin IGV.
Cuadro N27 Precios de Venta en Barra sin IGV.
Cuadro N28 Indicadores Econmicos Incrementales a Precios Privados-
Evaluacin a 20 aos.
Cuadro N29 Indicadores Econmicos Incrementales a Precios Sociales.
Cuadro N30 Anlisis de Sensibilidad a Precios Privados.
Cuadro N31 Anlisis de Sensibilidad a Precios Sociales.
Cuadro N32 Sostenibilidad del Proyecto.
Cuadro N33 Cronograma de Inversin Segn Metas.
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LISTA DE FIGURAS
Figura N 1 Configuracin del Generador, Bus Ducto y Transformador en unaplanta.
Figura N 2 Aspecto de una Subestacin.
Figura N 3 Vista de una Subestacin de Subtransmisin tipo Intemperie.
Figura N 4 Secuencia del cambio de niveles de tensin.
Figura N 5 Arreglo de una Subestacin Tpica.
Figura N 6 Subestacin aislada en SF6 construida en el stano de un edificio.
Figura N 7 Subestacin en SF6 Tipo Exterior.
Figura N 8 Elementos esenciales de una subestacin elctrica.
Figura N 9 Sub estacin Hibrida.
Figura N 10 Seccin transversal de un interruptor en gran volumen de aceite.
Figura N 11 Construccin del polo de un interruptor de pequeo volumen de
aceite.
Figura N 12 Tablero con interruptor en SF6 o vaco.
Figura N 13 Cuchillas desconectadoras.
Figura N 14 Transformador de potencia.
Figura N 15 Partes componentes de un transformador.
Figura N 16 Partes de un transformador de potencia.
Figura N 17 Tubos radiadores de un transformador de potencia.
Figura N 18 Radiador tubular.
Figura N 19 Diagrama de circulacin de aceite en los tubos radiadores.
Figura N 20 Partes de un transformador de corriente.
Figura N 21 Transformador de potencial para proteccin 3.4 Kv.
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Figura N 22 Caractersticas de proteccin de apartarrayos.
Figura N 23 Apartarrayos de carburo de silicio y de xido metlico.
Figura N 24 Instalacin de apartarrayos.
Figura N 25 Lneas de transmisin, sistema de produccin y utilizacin.
Figura N 26 Seccin transversal de un tipo de conductor trenzado concntrico
estndar.
Figura N 27 Carga de ruptura (Kg/mm2) para diferentes materiales empleados
en la conduccin de Electricidad.
Figura N 28 Conductor ACC.
Figura N 29 Conductor AAAC.
Figura N 30 Conductor ACSR.
Figura N 31 Conductor ACAR.
Figura N 32 Algunos tipos de cables.
Figura N 33 Tipos de cables de potencia.
Figura N 34 Corte transversal de un cable de potencia de 138 kV.
Figura N 35 Corte transversal de un cable de potencia de 600 kV.
Figura N 36 Corte de la seccin transversal de un conductor subacutico.
Figura N 37 Calibres Mnimos en Milmetros cuadrados segn distancia entre
Apoyos.
Figura N 38 Vista Transversal de un conductor Cooperweld.
Figura N 39 Diferentes tipos de aisladores utilizados a lo largo de la historia.
Figura N 40 Cadena de aislador de vidrio, con el detalle de acople.
Figura N 41 Corte transversal de un Aislador de Vidrio.
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Figura N 42 Vista de la seccin Transversal de un Aislador de Materiales
Compuestos.
Figura N 43 Muestra de diferentes tipos de aisladores compuestos.
Figura N 44 Diferencia entre los Aisladores de Vidrio y Porcelana.
Figura N 45 Aislante de Suspensin, Tipo Campana Esprrago.
Figura N 46 Aisladores de Soporte de la Firma PIGA.
Figura N 47 Aislador de Suspensin Tipo Normal.
Figura N 48 Aislador Smog-Type. Ohio Brass Company.
Figura N 49 Postes de Concreto Centrifugado de 60kV.
Figura N 50 Torre de 500kV.
Figura N 51 PBI del Departamento de Lambayeque.
Figura N 52 Precio Medio de la Energa.
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INTRODUCCIN
En el presente trabajo de investigacin se pretende demostrar tcnica y
econmicamente la viabilidad de una alternativa solucin para evitar temidos
problemas como la deficiencia de energa y disminucin del desarrollo
econmico-social en los prximos aos. Sin embargo no parece existir una
explicacin clara de la forma en que podramos mitigar nuestros futuros y
previsibles problemas energticos.
Para analizar esta problemtica de deficiencia de energa, es necesario
mencionar sus causas, como la limitada capacidad de transmisin de las lneas
existentes, la limitada capacidad de los centros de transformacin, falta de
suministros a nuevos clientes, etc.
La investigacin a esta problemtica se realiz por el inters de satisfacer la
demanda de energa elctrica la cual es fuente y base para el crecimiento
econmico-social de la zona, porque permitir el crecimiento industrial,
comercial, minero, etc.
Por otra parte, establecer los indicadores econmicos, y anlisis de sensibilidad
que me permitan conocer la rentabilidad y elasticidad de la alternativa
seleccionada.
Se ha previsto hacer el estudio de VIABILIDAD PARA LA CONSTRUCCIN
DE LA LINEA DE TRANSMISIN DE 60 kV SECHO-SECHSUR, CELDA DE
SALIDA 60kV EN SECHO Y SUBESTACIN 60/22.9/10 kV EN SECHSUR".
Para atender la demanda alimentando a los circuitos C-212 y C-217.
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El objetivo principal de este proyecto de investigacin es, seleccionar la celda
de salida, la ruta para la construccin de la lnea de transmisin en 60 kV y la
subestacin de potencia 60/22.9/10 kV que me resulte ms viable, haciendo un
anlisis tcnico-econmico a tres opciones posibles para satisfacer esta
necesidad; la primera opcin es construir la Lnea en 60 kV- 4,80 km
SECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO, y SE Chiclayo Sur
60/23/10 kV, la segunda es Reconversin de Lnea de 22,9 a 60 kV - 4,81 km
SECHO-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y SE Chiclayo Sur
60/22.9/10, y la tercera es la construccin de la Lnea en 60 kV - 12,93 km SE
Pomalca-SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SE Pomalca y SE Chiclayo Sur
60/22.9/10kV.
El presente proyecto, contiene los siguientes captulos que se hacen mencin:
CAPITULO I.
Se expone el perfil de investigacin, problemas y objetivos.
CAPITULO II.
Se detalla la situacin actual del rea del proyecto, las instalaciones
electromecnicas existentes.
CAPITULO III.
Se presentan bases tericas correspondientes a lneas de transmisin,
subestaciones de potencia, demanda y oferta de energa elctrica.
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CAPITULO IV.
Se presenta la formulacin, la evaluacin y la seleccin de la mejor alternativa.
CAPITULO V.
Se presenta las conclusiones y recomendaciones as como normas aplicadas y
referencias bibliogrficas, finalmente los anexos laminas y planos.
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CAPITULO I
PERFIL DE INVESTIGACIN
1.1 REALIDAD PROBLEMTICA.
La demanda electricidad en el mundo podra subir ms del 70% entre
el 2013 y el 2035, impulsada mayormente por el creciente consumo de
las economas emergentes, segn la Agencia Internacional de Energa
(IEA).
La necesidad del crecimiento econmico por el que viene atravesando
el Per implica un crecimiento dinmico en la demanda energtica. El
BCRP y el MEF estiman tasas de crecimiento del PBI entre 6% y 6.5%
para el perodo 2012-2015, lo que implica crecimientos similares o
incluso mayores en la demanda energtica, pues esta ha venido
registrando una elasticidad-ingreso superior a uno. En efecto, aunque
la demanda mxima de energa elctrica fue de 4,961 MW en el ao
2011, 5,259 MW en el ao 2012 segn el Ministerio de Energa y Minas
(MINEM) , y que sta llegara a 7,480 MW en el 2016, alcanzando un
promedio anual de crecimiento de 8.5% (similar al del periodo 2005-
2011).
El incremento del consumo de energa por la zonas de expansin de
los centros poblados, asentamientos humanos, agroindustria,
agricultura y otras cargas especiales, va incrementado a un nivel mayor
al crecimiento per cpita de la poblacin, ese volumen de energa
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elctrica es cada vez ms en el distrito de Chiclayo departamento de
Lambayeque, contribuyendo da a da a un mayor consumo.
1.1.1 Identificacin del Problema.
Actualmente existe crecimiento elevado de la demanda de energa
elctrica en la ciudad de Chiclayo, principalmente al sur y se necesita
alimentar la expansin de la Zona mediante la extensin de los
circuitos en 10 kV, como el C-217, que alimenta el sector de La
Victoria, la misma que est creciendo por la urbanizacin de terrenos
dedicados a la agricultura.
Por otro lado es necesario atender el crecimiento de la demanda para
un horizonte de 20 aos de los distritos perifricos de Monsef, Eten,
Puerto Eten y Reque que son atendidos por el circuito C-212 en 22,9
kV, los cuales vienen creciendo como consecuencia del desarrollo de la
agricultura y la minera.
La limitada actividad, industrial, minera y empresarial est siendo una
barrera para el desarrollo socioeconmico y esto es debido al
insuficiente abastecimiento de Energa Elctrica para el crecimiento de
cargas en el rea del proyecto; la limitada capacidad de transmisin de
las lneas existentes en 22,9 y 10kV.
1.1.2 Delimitacin del Problema.
El enfoque de este trabajo de investigacin es valorar la importancia de
la energa en la zona, y encontrar alternativas de solucin y
contrastarlas para evaluar la pertinencia de su construccin de tal
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manera que me resulte viable, pasando por el balance de lo necesario
y lo existente.
Nos centraremos en la seleccin de la mejor alternativa de solucin
para satisfacer la necesidad de demanda en el rea del proyecto.
1.2 PROBLEMA.
La construccin de la Lnea de Transmisin de 60 kV SECHO-
SECHSUR, celda de salida 60kv en SECHO y subestacin 60/22.9/10
kV en SECHSUR frente a otras alternativas, influye en el insuficiente
abastecimiento de Energa Elctrica para la zona Sur de Chiclayo?.
1.3 HIPOTESIS.
La construccin de la Lnea de Transmisin de 60 kV SECHO-
SECHSUR, celda de salida 60kv en SECHO y subestacin 60/22.9/10
kV en SECHSUR frente a otras alternativas si influye positivamente en
el insuficiente abastecimiento de Energa Elctrica para la zona Sur de
Chiclayo.
1.4 JUSTIFICACION E IMPORTANCIA.
La energa elctrica es muy importante en la vida del ser humano, con
la electricidad se establece una serie de comodidades que con el
transcurso de los aos se van haciendo indispensables.
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La energa elctrica tiene una gran demanda en la parte sur de
Chiclayo y radica la importancia en el desarrollo de la sociedad, su uso
hace posible la automatizacin de la produccin que aumenta la
productividad y mejora las condiciones de vida.
En el presente proyecto se demostrara la viabilidad Tcnica
Econmica que me resulta la construccin de la Lnea de Transmisin
de 60 kV SECHO-SECHSUR, celda de salida 60kV en SECHO y
subestacin 60/22.9/10 en SECHSUR, tanto a precios privados como a
precios sociales, se demostrara los beneficios del proyecto, la
sensibilidad de la rentabilidad, y se har un anlisis de sostenibilidad
de la alternativa seleccionada.
1.5 OBJETIVOS.
1.5.1 Objetivo General.
El objetivo del presente trabajo de investigacin es mostrar la viablidad
tcnica econmica de la construccin de la lnea de transmisin en 60
kV, Celda de salida 60kV y la Subestacin de Potencia 60/22.9/10,
para brindar un abastecimiento suficiente de energa elctrica en el
rea del proyecto, de forma continua y confiable, ofreciendo nuevas
oportunidades de desarrollo al sector productivo, industrial, pesquero,
comercial y residencial de la zona Sur de Chiclayo.
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1.5.2 Objetivo Especfico.
Obtener la opcin ms rentable para la construccin de la lnea de
transmisin en 60 kV, Celda de salida 60kV y la Subestacin de
Potencia 60/22.9/10 kV.
Evaluar la viabilidad de la construccin de la Lnea de Transmisin
de 60 kV SECHO-SECHSUR, celda de salida 60kv en SECHO y
subestacin 60/22.9/10 kV en SECHSUR.
La oferta de Energa Elctrica es superior a la demanda para un
horizonte de 20 aos.
Indicadores econmicos muestran rentabilidad.
1.6 ALCANCES.
La subestacin de potencia Chiclayo Sur SECHSUR 60/23/10 kV
25/16/29 MVA., se ubicara en el centro de carga.
Sistema de Control y Comunicaciones (desde el Centro de Control
de Chiclayo - SCADA).
Se seleccionara la celda de salida y la ruta de la lnea de transmisin
haciendo una comparacin a tres alternativas.
Se evaluara tcnica y econmicamente si la alternativa seleccionada
es viable.
Los clculos se harn en relacin a la oferta y demanda de energa
elctrica existente en la zona y pronosticndolo por un horizonte de
20 aos.
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Actualmente en Chiclayo la demanda elctrica se cubre por medio
de las subestaciones de potencia SECHO y SECHNOR.
Los precios de los materiales para este proyecto sern cotizados y
estimados.
1.7 MATERIALES Y EQUIPOS.
Nmero de clientes, fuente Electronorte S.A.
Ventas de energa por tipo de tarifas, fuente Electronorte S.A.
Demanda de potencia por Sub Estaciones, fuente Electronorte
S.A.
Registro histrico de Potencia y Energa por alimentadores, fuente
Electronorte S.A.
Diagrama de cargas por alimentador, fuente Electronorte S.A.
Factibilidades de Suministro solicitadas en el rea de influencia del
proyecto, fuente Electronorte S.A.
Mapa de Densidad de Carga - Sistema Elctrico Chiclayo: Distritos
La Victoria, Monsef, Eten, Puerto Eten y Reque.
Poblacin total por departamento segn censos nacionales, fuente
INEI.
Datos actuales del Sistema Nacional de Inversin Pblica (SNIP).
Producto bruto interno (PBI) por departamentos, fuente APOYO.
Datos de condiciones meteorolgicas, fuente SENAMHI.
Reglamento Interno de Seguridad y Salud en el Trabajo, fuente -
Electronorte S.A.
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Prestacin de servicios a terceros como; movilidad, herramientas
electromecnicas y equipos de proteccin personal (EPP).
Tecnologa Grafica, de clculo, de documentacin aplicado por
computadora. Donde se trabaja con tcnicas de diseo, estadstica
y Matemticas.
1.8 MTODOS.
La metodologa que se utiliz en este anlisis de viabilidad es el
mtodo descriptivo, porque se utiliza para recoger, organizar, resumir,
presentar, analizar, generalizar, los resultados en algn punto del
tiempo.
En este proyecto la investigacin descriptiva ha resultado ser ms clara
utilizando la estadstica descriptiva; este mtodo implica la recopilacin
y procesamiento de datos de manera sistemtica, medir tendencias,
iluminar reas prometedoras para investigacin futura y brindar ideas
claras a una determinada situacin.
La estadstica descriptiva puede presentar informacin cuantitativa en
una forma manejable, proporcionando resmenes sencillos. Las
herramientas estadsticas tambin pueden asistir en la creacin de
grficos para la visualizacin de los datos.
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CAPITULO II
SITUACIN ACTUAL
2.1 DESCRIPCIN DEL LUGAR DEL PROYECTO DE INVESTIGACIN.
2.2.1 Ubicacin.
La construccin de la Lnea de Transmisin 60 kV SECHO -
SECHSUR, Celda de Salida 60kV en SECHO y Subestacin 60/22.9/10
kV en SECHSUR, se ubicara dentro de la zona urbana, entre los
distritos de Chiclayo y La Victoria, de la provincia de Chiclayo, del
departamento de Lambayeque, a lo largo de la avenida de Evitamiento
Sur, su prolongacin y la avenida Grau; a una altitud media de 30
msnm. A continuacin se detalla la ubicacin de las subestaciones
relacionadas con el proyecto, mediante coordenadas UTM WGS84-
17M.
Cuadro N1 Subestaciones cerca del rea de influencia del
Proyecto
Subestacin UTM X UTM - YChiclayo Oeste 624 790 9 250 261
Chiclayo Sur proyectada 626 654 9246 138
2.2.2 Vas de Acceso.
Las vas de acceso principales al rea del proyecto son las siguientes:
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Va Terrestre: Carretera Asfaltada Panamericana Norte Lima
Chiclayo.
Va Area: Lima Chiclayo.
2.2.3 Caractersticas Climticas y Geogrficas.
Las mximas temperaturas registradas en el distrito de Chiclayo son:
con mayor intensidad en los meses de verano con un mximo de 27C
y con menor intensidad en los meses de invierno, registrndose un
mnimo de 14,4 C en el mes de agosto.
La humedad relativa es variada, con una media mensual que vara
entre 61 y 82 %.
Los datos para los principales elementos meteorolgicos, que se
presentan a continuacin, fueron obtenidos de la estacin
meteorolgica Chiclayo, a 3,5km de la ciudad, de latitud -06 78,
longitud 079 81, altitud 30 msnm., ubicada en las cercanas del rea
del emplazamiento del proyecto.
A continuacin se presentan las caractersticas principales
climatolgicas de la zona del proyecto:
Ubicacin de la estacin : Chiclayo; 30 msnm.
Temperatura Mxima Media : 27 C.
Temperatura Promedio : 19,0 C.
Temperatura Mnima Media : 14,4 C.
Humedad Relativa Mxima : 82 %.
Velocidad Mxima Absoluta de viento : 35,64 km/h.
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2.2 DESCRIPCIN DE LA SITUACIN ACTUAL.
Actualmente el suministro para la zona sur de Chiclayo proviene de las
subestaciones Chiclayo Oeste-SECHO y Chiclayo Norte-SECHNOR, a
travs de los alimentadores C-212, C-217 y C-246 respectivamente; el
primero en 22,9 kV alimenta a los distritos perifricos de Monsef,
Ciudad Eten, Puerto Eten y Reque, y la carga de Petroper. Por otro
lado, ENSA tiene solicitudes de suministro elctrico en el rea del
proyecto de unos 5,65 MW que no se pueden atender con las
instalaciones existentes, ni se podra cubrir el crecimiento de la
demanda por la expansin del sur de la ciudad de Chiclayo, por el
proceso de urbanizacin de los terrenos de cultivo.
Otro punto importante es que las dos subestaciones antes
mencionadas, las cuales alimentan a los distritos al sur de la ciudad,
se encuentran alejadas del centro de carga, as por ejemplo se tiene de
SECHO unos 11 km hasta Monsef, 14.6 km a Puerto Eten, 18 km a
Reque, y 20.5 km hasta la carga de Petro Per. Asimismo el
alimentador C-246 de la Subestacin SECHNOR tiene una longitud de
10.5 km hasta su carga final.
Por otro lado, debido al crecimiento de la demanda de los distritos
perifricos de Monsef, Eten, Puerto Eten y Reque, relacionados con el
crecimiento de la agricultura, agroindustria, pesquera, y minera, como
la carga de 6/14 MW inicial/final de la empresa minera Lumina que
tiene previsto a 8 km de Puerto Eten, es necesario que la SECHSUR
est prevista para atender inicialmente el crecimiento de estas cargas
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en 60 y 22,9 kV, aparte del crecimiento del sur de la ciudad de Chiclayo
en 10 kV.
El suministro actual en 22,9 y 10 kV que se viene extendiendo tiene
dificultades para cumplir con la NTCSE, afectando la calidad y
confiabilidad de los usuarios que cuentan con servicio elctrico, no
siendo factible atender la demanda de 5,65 MW solicitada por los
clientes.
2.3 DESCRIPCCIN DE LAS INSTALACIONES ELCTRICAS
EXISTENTES.
2.3.1 Subestacin Chiclayo Oeste SECHO 220/60/10 Kv
2x50/50/0.25 MVA.
La SECHO se ubica dentro de las coordenadas UTM 17 M 624 758E 9
250 326 N, 624 906E 9 250 163 N, 625 928E 9 250 272 N, 624 873E 9
250 418 N, en la va Evitamiento al Sur de la ciudad de Chiclayo. Como
componentes en transmisin tenemos:
La SECHO cuenta una barra en 220 kV a la cual se conectan los
circuitos L-2236, L-2238 y L-2240 conectando a travs de ellas las
subestaciones Guadalupe, La Via (Bayobar) y Carhuaquero
respectivamente.
En la barra en 60 kV se conectan lo siguiente:
Circuito L-6032, para la SE Lambayeque-SE Illimo.
Circuito L-6033, para la SE La Via, SE Motupe, SE Olmos y SE
Occidente.
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Circuitos L-6012 y L-6022 (SE Chiclayo Norte) mediante una lnea
en doble terna.
Dos (2) circuitos proyectados, uno para la SE Lambayeque y otro
para la SE Chiclayo Sur-SECHSUR (en etapa de estudios).
La SECHO tiene como propietarios a REP (220 y 60 kV) y ENSA (60,
22,9 y 10 kV), actualmente cuenta con dos (2) transformadores
220/60/10 kV - 50/50/0,25 MVA, instalados en el ao 1983, dichos
transformadores se encuentran al borde de su capacidad debido a que
la demanda actual de todo el sistema atendido por SECHO es de
aproximadamente 116 MW, Osinergmin ha aprob mediante Informe N
203-2009-GART en el ao (2010), donde se consider la inversin en
un transformador adicional para SECHO de 220/60/10 kV-100/100/20
MVA, descrito en el Estudio para la Determinac in del Plan de
Inversiones en Transmisin en el rea de demanda 2 periodo 2009-
2013, cuya titularidad no ha sido determinada, pero se requiere su
implementacin para garantizar la oferta del sistema elctrico.
Con la implementacin de este transformador y considerando las
proyecciones de demanda para los aos 2009-2019 realizada por el
Osinergmin de los sistemas elctricos atendidos por la SECHO
(metodologa y sustento mediante informe N 203-2009-GART), se ha
realizara lo siguiente:
Proyeccin de demanda hasta el ao 2032.
Determinacin de la Oferta adicional en la SECHO para cubrir la
demanda.
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Balance de Oferta-Demanda para los aos 2013-2032.
Los resultados obtenidos se muestran en el Anexo N A.13, cuyas
conclusiones son las siguientes:
La SECHO cuenta con dos (2) transformadores de 50 MVA
existentes, ms el transformador de 100 MVA considerado por el
Osinergmin en el ao 2013, con lo que la SECHO tendra una oferta
total de 190 MW.
La proyeccin de la demanda de la SECHO para el ao 2032 es de
347 MW, lo que significa que la SECHO requiere de la
implementacin de una oferta adicional de unos 200 MW.
Para cubrir el dficit se plantea el reemplazo de los dos (2)
transformadores existentes de 50/50/0,25 MVA a 150/150/20 MVA,
debido a que estos fueron instalados en el ao 1983 cumplirn con
su vida til en el ao 2014.
El primer reemplazo se requiere para el 2024.
El segundo reemplazo se requiere para el 2030.
Con el equipamiento adicional previsto se cubrira la demanda
proyectada hasta el ao 2032.
2.3.2 Subestacin Chiclayo Norte SECHNOR 60/10 kV 28/35 MVA
ONAN-ONAF.
La SE Chiclayo Norte ubicada en las cercanas de la zona urbana de la
cuidad de Chiclayo actualmente cuenta con dos transformadores de
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potencia 60x8x1,25%/10kV-14/17,5 MVA. Cuenta con dos barras en
10kV las cuales enlazan mediante una celda de acoplamiento, en total
cuanta con diez celdas tipo interior instalados en el edificio de control,
C-245, C-234, C-246, C-247, C-233, C-244, C-248, C-238, C-236 y
EPSEL. (De estos el alimentador C-246, alimenta al rea del proyecto).
Asimismo cuenta con transformador Zig-Zag de 200kVA y una
resistencia serie conectada a tierra de 22,6 Ohm.
2.3.3 Subestacin Pomalca SEPOM 60/22.9/10 Kv 7/7/2 MVA.
La SE Pomalca est ubicada en el distrito del mismo nombre,
conectada en 60kV a la SE Chiclayo Norte a travs de la lnea L-6051.
Actualmente cuenta con un transformador de potencia 60/22,9/10kV-
7/7/2 MVA. Cuenta con dos barras en 22,9 y 10kV las cuales alimentan
a las cargas del distrito de Pomalca y clientes libres en 22,9kV.
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CAPITULO III
FUNDAMENTO TEORICO
3.1 SUBESTACIONES ELCTRICAS.
Una subestacin elctrica es un arreglo de componentes elctricos que
incluyen barras, transformadores de potencia, interruptores, cuchillas
desconectadoras, auxiliares, etc. Las subestaciones pueden estar
localizadas en las centrales elctricas (elevadoras), en los sistemas de
transmisin y distribucin, y en las instalaciones de los consumidores,
en principio tienen arreglos y componentes similares.
Bsicamente una subestacin elctrica consiste de un nmero de
circuitos entrantes y salientes conectados a un sistema de barras
comn que son conductoras. Cada circuito tiene un cierto nmero de
componentes elctricos tales como: interruptores, cuchillas
desconectadoras, transformadores de potencia, transformadores de
corriente, transformadores de potencial, etc. Todos estos componentes
estn conectados en una secuencia definida, de manera que un circuito
se puede desconectar durante la operacin por medio de control
normal y tambin en forma automtica durante las condiciones
anormales de operacin, como por ejemplo un cortocircuito.
Las subestaciones de potencia son parte integral de un sistema de
potencia y forma eslabones importantes entre las centrales de
generacin, los sistemas de transmisin, los sistemas de distribucin y
las cargas o usuarios , sus funciones principales son las siguientes:
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Alimentar o proporcionar la potencia elctrica requerida por los
consumidores en forma continua e interrumpida.
Cubrir geomtricamente lo mximo que requiere el suministro de la
red.
Dar la mxima seguridad del suministro.
Acortar lo ms posible la duracin de las fallas.
Contribuir con la mxima eficiencia de las plantas y de la red.
Alimentar la potencia elctrica dentro de los lmites especificados del
voltaje.
Tambin se puede incluir como funciones de las subestaciones, entre
otras a las siguientes:
Aislar un elemento en falla del resto del sistema.
Permitir que un elemento se pueda desconectar el resto del sistema,
para mantenimiento o reparacin.
Para cambiar o transformar los niveles de voltaje de una parte a otra
de un sistema de un sistema o instalacin.
Para controlar el flujo de potencia en el sistema metiendo o sacando
elementos del mismo, mediante acciones de switcteo.
Para proporcionar datos concernientes a los parmetros (voltaje,
flujo de corriente, flujo de potencia) para su uso en la operacin del
sistema.
Para fines de estudio, las subestaciones elctricas tambin se pueden
agrupar como:
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a) Subestaciones elevadoras.
Estas subestaciones se construyen normalmente como parte de las
centrales generadores de energa elctrica, cuya funcin es elevar los
niveles de tensin proporcionados por los generadores para transmitir
la potencia generada a los puntos de interconexin de la red a los
grandes centros de consumo. En la siguiente figura, se muestra un
esquema funcional de estas subestaciones.
Figura N 1 Configuracin del Generador, Bus Ducto y
Transformador en una planta
b) Subestacin receptora de transmisin.
Es aquella que se construye en la proximidad de los grandes bloques
de carga y est conectada a travs de lneas de transmisin. La
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subestacin central de transmisin es otra subestacin receptora
intermedia.
Figura N 2 Aspecto de una Subestacin
c) Subestacin de subtransmisin.
Es aquella construida en general en el centro de los grandes bloques
de carga, est alimentada por la subestacin receptora, de donde sales
los alimentadores de distribucin primarios, alimentando directamente
los transformadores de distribucin y/o las subestaciones del
consumidor.
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Figura N 3 Vista de una Subestacin de Subtransmisin tipo
Intemperie
d) Subestacin del consumidor.
Generalmente son aquellas construidas en propiedades particulares,
alimentadas por medio de alimentadores de distribucin primaria, que
parten de las subestaciones de subtransmisin y que alimentan los
puntos finales de consumo.
Figura N 4 Secuencia del cambio de niveles de tensin
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3.2.1 Tipos de subestaciones.
Las subestaciones elctricas pueden ser clasificadas en distintas
formas, incluyendo las siguientes.
Clasificacin basada en el nivel de tensin. Por ejemplo.
Subestaciones de extra alta tensin (>100kV), de alta (>30 kV y
1 kV y
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Subestaciones de carga o propsitos especficos (para hornos de
arco elctrico, etc.)
3.2.2 Caractersticas esenciales de una subestacin.
Una subestacin de corriente alterna tiene las siguientes partes:
rea de equipo primario en corriente alterna (rea para
transformadores de potencia, transformadores de instrumento,
interruptores, cuchillas desconectadoras, apartarrayos, etc.) Caseta o cuarto de control.
rea o caseta (puede ser la misma de control) para sistemas
auxiliares en corriente alterna de bajo voltaje y en corriente directa.
Cada subestacin elctrica se disea por separado sobre la base de
sus requerimientos funcionales, capacidades, condiciones locales, etc.
Sin embargo, los principios y requerimientos tcnicos bsicos de todo
tipo de subestaciones elctricas son similares y la subestacin se
disea sobre las bases de estos requerimientos y las experiencias
previas.
En la siguiente figura, se muestra las caractersticas esenciales que
debe tener una subestacin elctrica aislada al aire, en esta se indican
solo los elementos como una referencia, ms adelante se mencionaran
los equipos.
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Figura N 5 Arreglo de una Subestacin Tpica
Figura N 6 Subestacin aislada en SF6 construida en el stano de
un edificio
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Figura N 7 Subestacin en SF6 Tipo Exterior
Figura N 8 Elementos esenciales de una subestacin elctrica
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Las subestaciones hibridas estn constituidas por una parte aislada en
aire y la otra en SF6 , por lo general esto se da en las ampliaciones de
las subestaciones convencionales aisladas en aire, donde por falta de
espacio suficiente se dificultan las ampliaciones, y entonces los
mdulos adicionales se pueden incorporar con SF6. Esta solucin es
por lo general se da en las subestaciones en alta tensin.
Figura N 9 Sub estacin Hibrida
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3.2.3 Partes y equipos de las subestaciones elctricas.
Una subestacin aislada en aire y del tipo alta tensin, puede ser la
referencia para establecer las partes principales y el equipo asociado
en una subestacin, ya que es la que tiene la mayor cantidad de
componentes.
rea exterior de la Subestacin:
Lneas entrantes.
Lneas salientes.
Barras.
Transformadores.
Aisladores.
Equipo primario como: transformadores de potencia, interruptores,
aisladores, cuchillas desconectadoras, chuchillas de puesta a
tierra, apartarrayos, transformadores de potencial,
transformadores de corriente.
Sistema de conexin a tierra y red de tierras.
Blindaje.
Estructuras.
Cables de potencia.
Equipo de control.
Equipo y sistema de comunicaciones.
Cables de control.
Alumbrado.
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Edificio de oficinas:
Edificio administrativo
rea de baja tensin:
Equipo de baja tensin (interruptores, cuchillas desconectadoras,
transformadores de instrumento, etc.).
Tableros de control, proteccin y medicin.
Sala de bateras y distribucin en corriente directa y otras
auxiliares:
Sistema de bateras y equipos de carga de bateras.
Equipo contra incendios.
Sistema de alumbrado.
Sistema de purificacin de aceite.
Sistemas de proteccin:
Sistema de enfriamiento.
Sistema telefnico.
Taller y almacn.
Cableado para relevadores.
3.2.1.1 Barras
Su funcin es conectar los circuitos entrantes y salientes de la
subestacin.
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3.2.1.2 Interruptores.
Su funcin es la conexin y desconexin automtica durante
condiciones de operacin normales o anormales (cortocircuito). Se
construyen para alta tensin, media y baja tensin. Se pueden clasificar
en la forma ms comn, por la manera en como extingue el arco
elctrico, y pueden ser:
En Alta y Extra Tensin: interruptores en gran volumen de aceite,
interruptores en pequeo volumen de aceite, interruptores neumticos,
interruptores en hexafloruro de azufre (SF6).
En Media y Baja Tensin: Gran volumen de aceite, en vaco, en aire
con soplo magntico, interruptores termomagnticos, interruptores
electromagnticos.
Figura N 10 Seccin transversal de un interruptor en gran volumen
de aceite
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Figura N 11 Construccin del polo de un interruptor de pequeo
volumen de aceite
Particularidades tcnicas de los interruptores.
Tipo del medio de extincin del arco.
Voltaje Nominal: Este corresponde al voltaje ms alto de operacin
(a la frecuencia del sistema) entre fases (fase a fase), por ejemplo.
2.4 kV, 7.2 kV, 15 kV, 3.6 kV, 72.5 kV, 123 kV, 245 kV, 420 kV.
Capacidad interruptiva: por ejemplo 10 KA, 20 KA, 40 KA, 50 KA.
Otras caractersticas nominales:
Corriente nominal (2000A, 3000A, etc).
Frecuencia nominal: por ejemplo 60 Hz por ejemplo.
Tensin resistente al impulso (nivel bsico de aislamiento al
impulso) kV.
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Corriente de tiempo Corto (1 seg.), por ejemplo: 31.5 KA, 40KA,
etc.
Tipo de construccin:
Tipo interior metal clad.
Tipo exterior.
Metal clad aislado en SF6 .
Tipo de mecanismo de operacin, por ejemplo: 2 ciclos, 3 ciclos, 5
ciclos.
Forma estructural: tanque vivo (interruptor contenido en porcelana),
tanque muerto (interruptor contenido en tanque metlico al potencial
de la tierra).
Figura N 12 Tablero con interruptor en SF6 o vaco.
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3.2.1.3 Cuchillas Desconectadoras.
Su funcin es la desconexin de circuitos y/o partes de la instalacin en
condiciones de vaco, por seguridad y para aislamiento fsico o
mantenimiento. Existen varios tipos de cuchillas en cuanto a diseo se
refiere, con variantes por aplicacin por nivel de tensin o
funcionalidad, pero en general la mayora de la variantes se encuentra
en alta tensin y extra alta tensin, y su mayor efecto en el diseo de
las subestaciones elctricas, adems del arreglo de las barras de la
subestacin en las dimensiones fsicas. Algunos de los tipos de
cuchillas desconectadoras de uso ms comn en las subestaciones
aisladas en aire se muestran a continuacin.
Figura N 13 Cuchillas desconectadoras
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3.2.1.4 Cuchillas desconectadoras y cuchillas de puesta a tierra.
Como ya se mencion antes, las cuchillas desconectadoras se usan
para la desconexin de circuitos bajo condiciones de vaco (sin carga),
se instalan de tal manera que se puede aislar una parte de otra de la
subestacin, quedando separadas las partes vivas o energizadas para
propsitos de mantenimiento de la subestacin, por esta razn se
deben proporcionar para el diseo los aisladores adecuados.
Desconectadores con carga. En adicin a las cuchillas
desconectadoras y a los interruptores hay un equipo denominado
desconectador con carga, el cual combina las funciones de una cuchilla
desconectadora y un switch, ya que es capaz de desconectar
corrientes de sobrecarga, de carga y tiene capacidad para cerrar sobre
cortocircuito.
Cuchillas de puesta a tierra. Las cuchillas de puesta a tierra se
desconectan entre el conductor de lnea y tierra, normalmente estn
abiertas; cuando la lnea se desconecta, la cuchilla de puesta a tierra
se desconecta de manera que descarga el voltaje atrapado en la
capacitancia de la lnea hacia la tierra.
Cuando la lnea esta desconectada se tiene algn voltaje sobre la lnea
a la cual la capacitancia entre la lnea y tierra esta descargada. Este
voltaje es significativo en los sistemas de alta tensin. Antes de iniciar
con los trabajos de mantenimiento se debe descargar el voltaje
cerrando la cuchilla de puesta a tierra.
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3.2.1.5 Transformador de potencia.
Los transformadores de potencia son necesarios entre niveles de
voltaje consecutivos para elevar o reducir niveles de voltaje decorriente alterna.
La potencia de los transformadores se expresa en KVA o en los muy
grandes en MVA y se cubre un amplio rango, dgase de 5KVA a 650
MVA. Los transformadores muy grandes (250MVA a 650MVA) por lo
general se instalan en las centrales elctricas. Los transformadoresmuy pequeos de unos pocos (VA) se usan normalmente en circuitos
de baja tensin, la seleccin de la potencia KVA de un transformador
en una instalacin particular, depende de los KVA de la carga.
Los transformadores se disean y se construyen en varios tamaos,
desde unos pocos KVA hasta varios cientos de MVA, desde baja
tensin, hasta extra alta tensin y ultra alta tensin (765 kV, 1000 kV,
12000kV).
Figura N 14 Transformador de potencia
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Figura N 15 Partes componentes de un transformador
1. Boquillas primarias.2. Boquillas secundarias.3. Vlvula de drenaje con conexin para el filtro, prensa y filtrado de
lquido aislante.4. Termmetro indicador.5. Indicador de nivel magntico.6. Terminal de conexin a tierra.
7. Secador de aire con slica gel.8. Relevador duchholz.
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9. Ruedas orientables.10. Apoyo de gatos.11. Ganchos de sujecin del transformador.12. Ojales de suspensin.13. Salida de drenaje.
14. Tapa de inspeccin.15. Vlvula de seguridad.16. Caja de proteccin.17. Placa de caractersticas.18. Tapn de llenado.19. Caja de proteccin de las terminales de los aparatos auxiliares.20. Control o mando externo del cambiador de derivacin.21. Tanque conservador del lquido aislante.
Para especificar un transformador se requieren los siguientes datos
esenciales:
Numero de fases y numero de devanados por fase.
Frecuencia.
Conexiones (por ejemplo: doble devanado, grupo vectorial).
Mtodo de enfriamiento (por ejemplo: OA, OA/FA, etc.)
Relacin de voltajes (en vaco).
Requerimientos de cambiador de derivaciones.
Voltaje nominal de cada devanado.
Niveles de aislamiento de los devanados.
Norma de referencia.
Los transformadores estn instalados, ya sea en exterior o interior.
Algunos transformadores de distribucin son exteriores tipo poste. Los
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aspectos de instalacin del transformador se deben considerar en la
fase de planeacin y proyecto.
Requerimientos de carga y aspectos de aplicacin.
Condiciones ambientales del local, temperatura ambiente, lluvia,
polvo, etc.
Arreglo de la subestacin, niveles de voltaje, niveles de falla.
Facilidades de transporte, caminos, etc., entre el punto de
embargue del fabricante y el sitio final. Carreteras, permisos de
ferrocarril (en su caso), disponibilidad de los triler apropiados,
vagones, etc.
Requerimientos de ingeniera civil, tales como el cuarto de control,
cimentaciones, trincheras para cables, aspectos de ventilacin, etc.
Se deben obtener los datos referentes a los requerimientos de
transporte y facilidades de manejo, esta informacin incluye:
dimensiones generales, peso, arreglos necesarios para ser levantados,
facilidades de transporte, ruta de transporte, caminos, puentes, curvas,
etc. Si se trata de ferrocarril, los requerimientos de ruta, de vagones
especiales, etc.
Los transformadores trifsicos se construyen como una sola unidad
trifsica, hasta una cierta potencia en MVA (por lo general, el mximo
para algunos fabricantes es 650 MVA), arriba de tal potencia se usan
unidades monofsicos para formar bancos trifsicos. En ciertos casos,
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Figura N 16 Partes de un transformador de potencia
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a. Sistemas de enfriamiento para transformadores de potencia.
Los sistemas de enfriamiento son necesarios para disipar el calor
generado en el transformador debido a las prdidas de carga. Los
distintos tipos e sistemas de enfriamiento se mencionan a continuacin:
Enfriamiento OA (Aceite y Aire natural). Este tipo de enfriamiento es
ampliamente usado para transformadores hasta de 30MVA, en estos
transformadores se equipan con paneles de tubos radiadores para la
circulacin del aceite, y de esta manera un rea de contacto con el aire
circulante.
Enfriamiento OA/FA (Aceite y Aire con circulacin forzada de aire).
Este tipo de enfriamiento se usa con frecuencia en transformadores de
entre 30MVA y 60MVA, los paneles que tiene tubos radiadores que
equipan con ventiladores de enfriamiento. Los ventiladores se arrancan
durante las cargas elevadas nicamente.
Enfriamiento FOA (Circulacin de aire forzado y circulacin
forzada de aceite). Este mtodo no es muy comn, se usa en
transformadores de potencia mayores de 60 MVA, especialmente los
usados en centrales elctricas como transformadores elevadores. El
aceite se hace circular a travs de enfriadores; estos tienen una cara
de enfriamiento para intercambiar el calor del aceite al aire.
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Enfriamiento FA (Aire natural forzado). En este caso el aire del
medio ambiente se usa para enfriamiento, este mtodo se puede usar
en transformadores que no usan aceite (transformadores tipo seco) en
potencias que no exceden a los 1500 KVA.
Figura N 17 Tubos radiadores de un transformador de potencia
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Figura N 18 Radiador tubular
Figura N 19 Diagrama de circulacin de aceite en los tubos
radiadores
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3.2.1.6 Transformadores de corriente.
a. Tipos de transformadores de corriente.
Desde el punto de vista de aplicacin, hay dos tipos de
transformadores de corriente.
Transformadores de corriente de medicin, usados para propsitos
de medicin.
Transformadores de proteccin usados para sistemas de control y
proteccin; se emplean para: proteccin contra sobrecorrientes,
proteccin contra falla a tierra, proteccin diferencial, proteccin de
distancia, etc.
Los transformadores de corriente de medicin se usan para alimentar
amprmetros, wttmetros, vrmetros, medidores de KWh.
b. Caractersticas nominales de los transformadores de corriente.
Corriente nominal primaria.
Corriente nominal primaria de corto tiempo.
Corriente nominal secundaria.
Corriente de excitacin nominal.
Burden nominal.
Error de corriente o error de relacin.
Error de ngulo de fase.
Error compuesto.
Clases de precisin.
Factor de sobrecorriente.
Nivel de aislamiento del devanado primario.
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Figura N 20 Partes de un transformador de corriente
1. Domo de aluminio.2. Membrana.3. Indicador del nivel de aceite.4. Limitador de sobretensin.5. Barras de conexin.6. Bornes primarios.7. Devanado primario.8. Devanados secundarios.9. Aislamiento papel-aceite.10. Cabeza encapsulada en resina.11. Brida superior de fijacin del aislador.
12. Aislador de porcelana.13. Aceite aislante.
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14. Electrodo baja tensin.15. Conexiones secundarias.16. Brida inferior.17. Base.18. Caja de bornes de baja tensin.
3.2.1.7 Transformadores de potencial.
Los transformadores de potencial (o de voltaje) son usados para
proteccin y medicin, y pueden ser tambin para proteccin o para
medicin, se construyen monofsicos y trifsicos, son necesarios para
alimentar esquemas de proteccin de voltaje, direccionales de
distancia, etc.
El devanado del transformador de potencial se conecta directamente al
circuito de potencia entre fase y tierra dependiendo de voltaje nominal y
de la aplicacin. La capacidad en VA del transformador de potencial es
prcticamente despreciable comparada con los transformadores de
potencia.
Hay tres tipos de transformadores de potencial:
Transformadores de potencial tipo induccin electromagntica.
En los cuales los devanados primario y secundario estn devanados
sobre un ncleo magntico, como en cualquier transformador
comn.
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Transformador de potencial tipo capacitivo.
En los cuales el voltaje primario se aplica a un grupo de capacitores
en serie. El voltaje a travs de un capacitor se toma como un
transformador de voltaje auxiliar, el secundario del transformador de
voltaje auxiliar se toma para medicin y proteccin.
Transformador de potencial capacitivo de acoplamiento.
Este sirve como una combinacin de un transformador de tipo
induccin con capacitor de acoplamiento.
a. Especificaciones para transformadores de potencial.
Para la seleccin de un transformador de potencial se deben
considerar los siguientes aspectos.
Voltaje nominal primario.
Voltaje nominal secundario.
Burden nominal.
Frecuencia del sistema al que se conectara.
Numero de fases.
Clases de precisin.
Nivel de aislamiento.
Dimensiones lmite, tipo de construccin, etc.
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Figura N 21 Transformador de potencial para proteccin 3.4 kV
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3.2.1.8 Apartarrayos.
Los apartarrayos son equipos que derivan las ondas transitorias de
sobreproteccin a tierra y protege al equipo de la subestacin de las
sobretensiones por rayo y por maniobra de interruptores (apertura y/o
cierre de interruptores). Hay dos tipos de diseos: apartarrayos
convencionales con gap o autovalvulares y apartarrayos de xido
metlico (ZnO).
a. Apartarrayos convencionales o tipo autovalvular.
El apartarrayos se conecta entre lnea y tierra, de hecho, es el primer
aparato que se ve desde la llegada de la lnea de transmisin, consiste
bsicamente de elementos resistores en serie con elementos tipo gap
(entrehierros). Los resistores ofrecen una resistencia no lineal, de tal
forma que a la frecuencia normal del sistema el valor de la resistencia
es alto, para la descarga de corriente la resistencia es baja.
Las unidades de gap consisten de entrehierros de longitud apropiada,
durante la operacin con voltajes normales, el apartarrayos no
conduce. Cuando una onda de sobretensin se desplaza por la lnea
entrante, el gap arquea y conduce. Cuando se desliza la resistencia, se
hace de valor bajo y la onda de alta tensin se descarga a tierra, y
aparee nuevamente el voltaje normal a la frecuencia del sistema. Entre
las terminales del apartarrayos, la resistencia que presentan los
resistores a este voltaje es muy alta, por lo tanto, la corriente de arco
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se reduce y el voltaje a travs del gap no es suficiente como para
mantener el arco.
La relacin entre el voltaje (V) y la corriente (I) est dada por una
ecuacin como la siguiente:
Dnde:
B : 5 a 8 para apartarrayos de carburode silicio (autovalvulares) y de
30 a 40 para ZnO.
K : Constante.
Figura N 22 Caractersticas de proteccin de apartarrayos
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En la figura anterior, se ilustra la operacin de un apartarrayos. Cuando
una onda de sobretensin se desplaza a travs de una lnea de
transmisin, llega a la terminal del apartarrayos a un valor de tensin
determinado (valor instantneo), dependiendo de la pendiente del
frente de onda, el apartarrayos descarga este valor de tensin se llama
impulso de sobretensin o voltaje de descarga del apartarrayos.
De esta manera, la onda se induce a tierra y el aislamiento del lado de
la subestacin no se somete al valor de voltaje.
Despus que el apartarrayos descarga, el voltaje a travs del mismo no
se hace cero, debido a que hay una cada de voltaje a travs de los
resistores en serie, quedando un voltaje residual durante un tiempo
breve.
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En seguida de un tiempo corto, del orden de algunos microsegundos,
cuando la onda descarga, aparece el voltaje normal a la frecuencia del
sistema.
b. Apartarrayos de xido metlico (MOA)
Estos apartarrayos se conocen tambin como apartarrayos de xido de
zinc (ZnO) y estn construidos con elementos que son principalmente
de xido de zinc, y a diferencia de los apartarrayos autovalvulares, no
requieren de gaps en serie.
Figura N 23 Apartarrayos de carburo de silicio y de xido metlico
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La conexin de los apartarrayos.
Los pararrayos se conectan de la siguiente manera:
Entre fase y tierra en la terminal entrante de cada lnea de
transmisin area, en cada una de las fases.
Entre cada terminal y tierra, cerca del transformador de una
subestacin sobre el lado entrante.
En los sistemas de distribucin montados sobre el poste.
En las centrales elctricas, cerca de los terminales del generador.
Figura N 24 Instalacin de apartarrayos
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1. Terminal de lnea.2. Cortador de descargas y terminal de tierra.3. Estructura.4. Unidad superior.5. Base.
6. Conexin a tierra.
Algunos trminos para especificacin de los apartarrayos.
Tensin nominal del apartarrayos.
Es el valor eficaz (RMS) mximo de permisible entre la terminal de
lnea, y la terminal de tierra del apartarrayos, es un valor dado por el
fabricante, pero se calcula en forma preliminar como:
Dnde:Ke = Factor de conexin a tierra y puede ser:
- 0.8 para sistemas con neutro slidamente conectados a
tierra.
- 1 para neutro flotante.
Corriente de descarga (Id).
Es la corriente que circula a travs del apartarrayos cuando
descarga. Se mide en kiloamperes (KA).
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Voltaje residual.
Es el voltaje que aparece entre las terminales de un apartarrayos
durante el paso de la descarga.
3.2 LNEA DE TRANSMISIN.
La lnea de transmisin es un elemento del sistema de potencia que se
encarga de transportar la energa elctrica desde el sitio donde se
genera hasta el sitio donde se consume o se distribuye.
Las lneas de transmisin son aquellas complejas estructuras que
transportan grandes bloques de energa elctrica dentro de los
diferentes puntos de la red que constituye el sistema elctrico de
potencia, son fsicamente los elementos ms simples pero los mas
extensos. La clasificacin de los sistemas de transmisin puede ser
realizada desde muy variados puntos de vista, segn el medio: en
areas y subterrneas.
Debido a que los distintos consumidores de energa se encuentran
dispersos en vastos territorios y por los general distantes de los centros
de produccin de energa, es necesario disponer de redes elctricas de
transporte y de interconexin que aseguren una permanente conexin
entre las centrales de produccin y los centros de consumo, ya que
como se sabe , la corriente alterna no se almacena; estas redes
elctricas estn constituidas por lneas de transmisin, cuyos niveles
de tensin dependen de la red elctrica que se conecten, su funcin se
muestra en la siguiente figura.
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Figura N 25 Lneas de transmisin, sistema de produccin y
utilizacin
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Todas las lneas de alta tensin se interconectan a travs de las
subestaciones de transformacin que aseguran la continuidad entre las
lneas de distinto nivel de tensin.
Uno de los problemas de inters en la transmisin o transporte de
energa elctrica es que se debe transportar la mayor cantidad de
potencia neta, tomando en cuenta que se tiene perdidas disipadas en
forma de calor por efecto joule debido a la resistencia de la lnea.
Tratndose de lneas de transmisin trifsicas, la corriente que
transporta la lnea se calcula como:
Siendo:
P = La potencia que transporta la lnea en KW o MW.
V = Tensin de operacin entre frases en kV.
I = Corriente de la lnea en amperios.
Las prdidas trifsicas en la lnea se calculan como:
Siendo:
P = Perdidas trifsicas en KW.
r = resistencia total de la lnea en .
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Entonces se obtiene:
Se observa de esta ecuacin que para una potencia transportada dada,
las perdidas en las lneas son inversamente proporcionales al
cuadrado de la tensin, de aqu se ve la conveniencia de transmitir la
potencia a mayores niveles de tensin.
3.2.1 Elementos de una lnea de transmisin.
Una lnea de transmisin est constituida bsicamente por tres
elementos.
Conductores.
Aisladores.
Soportes.
Es posible considerar otra serie de elementos adicionales para una
lnea de transmisin, pero solo se realizan funciones complementarias
y que escapa a los elementos bsicos de lneas de transmisin. Los
conductores y aisladores poseen funciones especficas de la que deriva
una serie de caractersticas que se relacionan de modo que el anlisis
de uno de ellos est relacionado con otro.
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3.2.1.1 Conductores
Consiste de un cuerpo o un medio adecuado, utilizado como portador
de corriente elctrica. El material que forma un conductor elctrico es
cualquier sustancia que puede conducir una corriente elctrica cuando
a este conductor se ve sujeto a una diferencia de potencial entre sus
extremos. Esta propiedad se llama conductividad, y las sustancias con
mayor conductividad son los metales. Los materiales comnmente
utilizados para conducir corriente elctrica son en orden de
importancia: cobre, aluminio, aleaciones de cobre, hierro, acero.
La seleccin de un material conductor determinado es, esencialmente,
un problema econmico, el cual no solo considera las propiedades
elctricas del conductor, sino tambin otras como propiedades
mecnicas, facilidad de hacer conexiones, su mantenimiento, la
cantidad de soportes necesarios, las limitaciones de espacio,
resistencia a la corrosin del material y otros. Los metales ms
comnmente utilizados como conductores elctricos son:
a. Cobre: Material maleable, de color rojizo, la mayora de los
conductores elctricos estn hechos de cobre.
Sus principales ventajas son:
Es el metal que tiene conductividad elctrica ms alta despus del
platino.
Tiene gran facilidad para ser estaado, plateado o cadminizado y
puede ser soldado usando equipo especial de soldadura de cobre.
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Es muy dctil por que fcilmente puede ser convertido en cable, tubo
o rolado en forma de solera u otra forma.
Tiene buena resistencia mecnica, aumenta cuando se usa en
combinacin con otros metales para formar aleaciones.
No se oxida fcilmente, por lo que soporta la corrosin ordinaria.
Tiene buena conductividad trmica.
b. Aluminio: Los conductores de aluminio son muy usados para
exteriores en lneas de transmisin y distribucin y para servicios
pesados en subestaciones.
Es muy ligero: tiene la mitad del peso que el cobre para la misma
capacidad de corriente.
Es altamente resistente a la corrosin atmosfrica.
Puede ser soldado con equipo especial.
Se reduce al efecto superficial y el efecto corona debido a que para
la misma capacidad de corriente se usan dimetros mayores.
Las principales desventajas del aluminio son:
Posee una menor conductividad elctrica, con respecto al cobre.
Se forma en su superficie una pelcula de xido que es altamente
resistente al paso de corriente por lo que causa problemas en juntas
de contacto.
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Debido a sus caractersticas electronegativas, al ponerse en
contacto directo con el cobre causa corrosin galvnica, por lo que
siempre se debern usar juntas bimetlicas o pastas anticorrosivas.
En los primeros tiempos de transmisin de potencia elctrica, los
conductores eran generalmente de cobre, pero los conductores de
aluminio han reemplazado completamente a los de cobre debido a su
menor costo y al peso ligero de un conductor de aluminio comparado
con un de cobre de igual resistencia. En los comienzos de la
transmisin de la energa elctrica se realizaba en corriente continua,
en donde los conductores solidos cilndricos fueron muy utilizados, por
una variedad de particularidades, con el devenir del tiempo, la
transmisin en corriente alterna obligo a la utilizacin de conductores
multifilares trenzados en forma helicoidal, con el fundamento de dotar
la flexibilidad a los conductores, adems de una serie de caractersticas
relevantes a la transmisin de corriente alterna.
Figura N 26 Seccin transversal de un tipo de conductor trenzado
concntrico estndar
El aluminio puro, frente a todas sus aleaciones, mxima conductividad,
pero en contraparte posee una baja carga mecnica de ruptura. Segn
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ensayos realizados por algunos fabricantes de conductores, la carga de
ruptura viene dada por:
Figura N 27 Carga de ruptura (Kg/mm2) para diferentes materiales
empleados en la conduccin de Electricidad
Debido a la poca carga de ruptura en las lneas de transmisin areas,
esto se transforma en un inconveniente, razn por la cual se recurre a
los cables de aluminio aleado y a cables de aluminio reforzado con
acero.
En la actualidad los conductores trenzados son combinaciones dealuminio y otros elementos ms, para aportar caractersticas mecnicas
al conductor. Entre los diferentes tipos de conductores de aluminio se
tienen:
ACC: Conductor de Aluminio (All Aluminum Conductor, Clases AA,
A, B, C).
Figura N 28 Conductor ACC
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AAAC: Conductor de Aluminio con aleacin (All Aluminum Alloy
Conductor).
Figura N 29 Conductor AAAC
ACSR: Conductor de aluminio con refuerzo de acero (Aluminum
Conductor, Steel Reinforced).
Figura N 30 Conductor ACSR
ACAR: Conductor de aluminio con Refuerzo de Aleacin (Aluminum
Conductor Alloy Reinforced).
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Figura N 31 Conductor ACAR
El AAAC tiene mayor resistencia a la tensin que los conductores de
aluminio de tipo ordinario. Los ACSR consisten de un ncleo central de
alambre de acero rodeado por capas de alambre de aluminio. ACAR
tiene un ncleo de aluminio de alta resistencia rodeado por capas de
conductores elctricos de aluminio tipo especial.
Los conductores en general suelen ser clasificados segn el tipo de
recubrimiento:
Aislado: conductor rodeado por aislamiento para evitar la fuga de
corriente o que el conductor energizado entre en contacto con tierra
ocasionando un cortocircuito.