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UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA COMUNIDAD EDUCATIVA AL SERVICIO DEL PUEBLO
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS,
ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CUENCA
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS,
ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO ELÉCTRICO Y MECÁNICO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN
CUENCA-LOJA TRAMO 3, (km 95 AL km 140) A 230kV
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO ELÉCTRICO
MARCO VINICIO PÉREZ CHOCO
Director: Ing. Santiago Moscoso Bernal
2014
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ÍNDICE DE CONTENIDO
DECLARACIÓN ..................................................................................................................................................... i
CERTIFICACIÓN ................................................................................................................................................... ii
AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................................... iii
DEDICATORIA ..................................................................................................................................................... iv
ÍNDICE DE CONTENIDOS ................................................................................................................................... v
LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................................................... viii
LISTA DE TABLAS ............................................................................................................................................... x
LISTA DE ANEXOS ............................................................................................................................................. xi
RESUMEN ............................................................................................................................................................ xii
ABSTRACT ......................................................................................................................................................... xiii
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................ xiv
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DECLARACIÓN
Yo, Marco Vinicio Pérez Choco declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de
mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
La Universidad Católica de Cuenca puede hacer uso de los derechos correspondientes a
este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y la
normatividad institucional vigente.
Marco Vinicio Pérez Choco
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ii
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Marco Vinicio Pérez Choco bajo mi
supervisión.
Ing. Santiago Moscoso Bernal
DIRECTOR
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iii
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar a Dios por las bendiciones derramadas sobre mi dándome una familia
maravillosa; en segundo lugar a mi mama Mariana Choco por apoyarme y jamás
abandonarme y un agradecimiento especial a mis tíos Silvio Rodas y Noemí Choco los cuales
hicieron las veces de mis padres inculcando en mi valores y principios y por brindarme su
apoyo y confianza incondicional lo cual me ha llevado y ayudado a poder cumplir todas mis
metas propuestas.
De la misma manera quiero agradecer a la UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA
por haberme acogido en sus aulas y darme la oportunidad de estudiar y aprender todo lo
necesario para ser un profesional de bien.
Por ultimo un sincero agradecimiento a mi director de tesis el Ing. Santiago Moscoso
Bernal quien me ha ayudado en todo momento y ha solventado cada una de mis dudas y ha
sabido guiarme de la mejor manera para la realización de la presente tesis.
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iv
DEDICATORIA
El presente trabajo es mi deseo el dedicárselo a Dios, a mi mamá Mariana Choco y mis
tíos Silvio Rodas y Noemí Choco. Por siempre haber estado para mí y haber caminado
conmigo durante toda mi vida cuidándome y brindándome su apoyo y han velado por darme
un maravilloso bienestar y una excelente educación significando en mi vida pilares
fundamentales de mi superación; entregándome su confianza para poder superar las diferentes
pruebas que la vida me ha puesto por delante.
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
1.1 LÍNEAS DE TRANSMISIÓN .............................................................................................................. - 1 -
1.1.1 Definición ..................................................................................................................................... - 1 -
1.1.2 Tipos de líneas de transmisión ...................................................................................................... - 1 -
1.1.3 Tipos de torres............................................................................................................................... - 2 -
1.1.4 Tipo de torres de acuerdo a la adecuación de las fases ................................................................. - 2 -
1.1.4.1 Tipo de torres de acuerdo al tipo de fundación utilizada ....................................................... - 2 -
1.1.4.2 Tipo de torres de acuerdo a sus características mecánicas. .................................................... - 4 -
1.1.5 Conductores .................................................................................................................................. - 4 -
1.1.6 Herrajes ......................................................................................................................................... - 4 -
1.1.7 Grilletes ......................................................................................................................................... - 4 -
1.1.7.1 Grapa de amarre y suspensión ............................................................................................... - 5 -
1.1.7.2 Eslabón ojo bola..................................................................................................................... - 6 -
1.1.7.3 Horquilla bola ........................................................................................................................ - 7 -
1.1.7.4 Yugo ...................................................................................................................................... - 7 -
1.1.7.5 Amortiguadores ..................................................................................................................... - 8 -
1.1.7.6 Cuernos de descarga .............................................................................................................. - 8 -
1.1.8 Aisladores ..................................................................................................................................... - 8 -
2.1 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL CONDUCTOR ELÉCTRICO A UTILIZAR ....................................................... - 10 -
2.1.1 Cálculo de calibre corriente ........................................................................................................ - 10 -
2.1.2 Cálculo de calibre por caída de tensión ....................................................................................... - 11 -
2.1.3 Características del conductor ...................................................................................................... - 12 -
2.2 PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LA LÍNEA .............................................................................................. - 13 -
2.2.1 Cálculo del radio del conductor .................................................................................................. - 14 -
2.2.2 Cálculo de la resistencia eléctrica ............................................................................................... - 15 -
2.2.3 Disposición de conductores ........................................................................................................ - 15 -
2.2.4 Cálculo de la reactancia Inductiva (Xl) ....................................................................................... - 16 -
2.2.5 Cálculo de la reactancia capacitiva (Xc) ..................................................................................... - 18 -
2.2.6 Cálculo de admitancia en derivación (Yc) .................................................................................. - 19 -
2.2.7 Circuito π equivalente de línea .................................................................................................... - 19 -
2.2.8 Cálculo de parámetros ABCD del circuito π nominal ................................................................. - 20 -
2.2.8.1 Constante A ......................................................................................................................... - 20 -
2.2.8.2 Constante B .......................................................................................................................... - 20 -
2.2.8.3 Constante C .......................................................................................................................... - 20 -
2.2.9 Modelamiento de línea de transmisión media ............................................................................. - 21 -
2.2.9.1 Eficiencia ............................................................................................................................. - 22 -
2.2.10 Porcentaje de regulación.......................................................................................................... - 22 -
2.2.11 Pérdidas de potencia ................................................................................................................ - 22 -
2.3 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL AISLADOR ................................................................................... - 22 -
2.3.1 Longitud de cadenas de aisladores .............................................................................................. - 24 -
2.3.2 Aislamiento a frecuencia industrial ............................................................................................. - 25 -
I. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA ............................................................................................. - 1 -
II. SELECCIÓN Y REQUERIMIENTOS PREVIOS PARA EL DISEÑO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN
A 230 kV .......................................................................................................................................................... - 10 -
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vi
2.3.3 Determinación de la línea de fuga ............................................................................................... - 27 -
2.3.4 Cálculo del voltaje crítico de flameo inverso y número de aisladores ........................................ - 28 -
2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE TORRE A UTILIZAR ......................................................................................... - 29 -
2.5 HILO DE GUARDA ................................................................................................................................. - 30 -
2.6 PUESTA A TIERRA ................................................................................................................................. - 30 -
2.6.1 Electrodo vertical ........................................................................................................................ - 31 -
2.6.2 Electrodo horizontal .................................................................................................................... - 32 -
2.7 CÁLCULO DE LA DISTANCIA MÍNIMA DE SEGURIDAD ............................................................................ - 33 -
2.8 FUNDICIONES O CIMENTACIONES ......................................................................................................... - 33 -
2.9 CÁLCULOS MECÁNICOS ........................................................................................................................ - 36 -
2.9.1 Catenaria ..................................................................................................................................... - 36 -
2.9.2 Longitud del conductor ............................................................................................................... - 37 -
2.9.3 Flecha .......................................................................................................................................... - 37 -
2.9.4 Tiro del conductor ....................................................................................................................... - 38 -
3.1 IMPLEMENTACIÓN DE CONFIGURACIONES NECESARIAS PARA EL DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN
EL SOFTWARE DLT-CAD ............................................................................................................................... - 39 -
3.1.1 Puntos georefenciados................................................................................................................. - 39 -
3.1.2 Configuraciones generales del software ...................................................................................... - 41 -
3.1.3 Conductores ................................................................................................................................ - 46 -
3.1.4 Hilo de guarda ............................................................................................................................. - 47 -
3.1.5 Aisladores ................................................................................................................................... - 47 -
3.1.6 Soportes ...................................................................................................................................... - 48 -
3.1.7 Armados ...................................................................................................................................... - 49 -
3.1.7.1 Suspensión o tangente .......................................................................................................... - 49 -
3.1.7.2 Suspensión reforzada o tangente reforzada .......................................................................... - 51 -
3.1.7.3 Anclaje o retención .............................................................................................................. - 52 -
3.1.7.4 Anclaje terminal o retención terminal .................................................................................. - 53 -
3.2 CORRECCIONES DEL DISEÑO ...................................................................................................... - 54 -
3.2.1 Distribución automática .............................................................................................................. - 55 -
3.2.2 Editar torres ................................................................................................................................. - 55 -
3.2.2.1 Desplazamiento de torres ..................................................................................................... - 55 -
3.2.2.2 Características de las torres .................................................................................................. - 56 -
3.2.2.3 Eliminar e Insertar Estructuras ............................................................................................. - 58 -
3.2.3 Amortiguadores........................................................................................................................... - 59 -
3.2.4 Puestas a Tierra ........................................................................................................................... - 59 -
3.2.5 Diseño final en DLT-CAD .......................................................................................................... - 60 -
4.1 TENSION DE ROTURA DEL CONDUCTOR ................................................................................................ - 61 -
4.2 TENSION DE ROTURA DEL AISLADOR .................................................................................................... - 61 -
4.3 EFICIENCIA DE LA LÍNEA ...................................................................................................................... - 62 -
4.4 DISTANCIA DE SEGURIDAD VERTICAL .................................................................................................. - 62 -
4.5 TOTAL DE TORRES POR EL TIPO DE ARMADO ....................................................................................... - 63 -
4.6 TOTAL DE AISLADORES POR EL TIPO DE ARMADO ................................................................................. - 63 -
4.7 VANO PROMEDIO ................................................................................................................................. - 64 -
III. DISEÑO ASISTIDO POR SOFTWARE DLT-CAD ............................................................................ - 39 -
IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................................................ - 61 -
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vii
4.8 SOPORTES ............................................................................................................................................ - 64 -
4.9 CONDUCTORES ..................................................................................................................................... - 64 -
CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ - 65 -
RECOMENDACIONES .................................................................................................................................. - 66 -
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ............................................................................................................. - 68 -
Anexos .............................................................................................................................................................. - 70 -
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LISTA DE FIGURAS
Fig. 1 Líneas de transmisión eléctrica ............................................................................................................... - 1 - Fig. 2 Sistema de fases escalonadas .................................................................................................................. - 2 - Fig. 3 Sistema de fases horizontales .................................................................................................................. - 2 - Fig. 4 Torre con fundación monópoda .............................................................................................................. - 3 - Fig. 5 Torre con fundación bípoda ..................................................................................................................... - 3 - Fig. 6 Torre con fundación tetrápoda ................................................................................................................. - 3 - Fig. 7 Conductores ............................................................................................................................................. - 4 - Fig. 8 Grillete ..................................................................................................................................................... - 5 - Fig. 9 Grapa de amarre ....................................................................................................................................... - 5 - Fig. 10 Grapa de suspensión ............................................................................................................................... - 6 - Fig. 11 Ojo bola .................................................................................................................................................. - 6 - Fig. 12 Horquilla ................................................................................................................................................ - 7 - Fig. 13 Yugo ....................................................................................................................................................... - 7 - Fig. 14 Amortiguador Stockbridge Dampers para Hilo de Guarda ................................................................... - 8 - Fig. 15 Cadena de aisladores con cuernos de descarga ...................................................................................... - 8 - Fig. 17 Aisladores ............................................................................................................................................... - 9 - Fig.17 Formación del cable tipo ACSR ............................................................................................................ - 13 - Fig.18 Circuito π equivalente para línea media ............................................................................................... - 14 - Fig.19 Disposición de los conductores ............................................................................................................. - 16 - Fig.20 Circuito π de línea media equivalente ................................................................................................... - 19 - Fig.21 Modelamiento de línea de transmisión media ....................................................................................... - 21 - Fig.22 Aislador de porcelana tipo niebla .......................................................................................................... - 23 - Fig.23 Factor de densidad del aire en función de msnm .................................................................................. - 25 - Fig.24 Humedad absoluta en función de la temperatura .................................................................................. - 26 - Fig.25 Distancia mínima en aire para voltajes de baja frecuencia .................................................................... - 26 - Fig. 26 Hilos de guarda .................................................................................................................................... - 30 - Fig.27 Disposición vertical de electrodo de puesta a tierra ............................................................................. - 32 - Fig.28 Disposición horizontal de electrodo de puesta a tierra ......................................................................... - 33 - Fig.29 Fundación de bloque único .................................................................................................................. - 35 - Fig.30 Fundación de partes separadas ............................................................................................................. - 35 - Fig.31 Fundación de pilotes ............................................................................................................................ - 36 - Fig. 32Catenaria ............................................................................................................................................... - 36 - Fig. 33 Flecha del conductor ............................................................................................................................ - 37 - Fig. 34 Coordenadas UTM ............................................................................................................................... - 39 - Fig. 35 Datos topográficos coordenadas UTM ................................................................................................. - 40 - Fig. 36 Puntos GPS .......................................................................................................................................... - 40 - Fig. 37 Ruta de línea ......................................................................................................................................... - 41 - Fig. 38 Perfil Topográfico ................................................................................................................................ - 41 - Fig. 39 Configuraciones Generales, Diseño ..................................................................................................... - 42 - Fig. 40 Configuraciones Generales, Consideraciones ...................................................................................... - 42 - Fig. 41 Configuraciones Generales, Gráfico .................................................................................................... - 43 - Fig. 42 Configuraciones Generales, Cálculos Varios ....................................................................................... - 44 - Fig. 43 Configuraciones Generales, Planos de Perfil ....................................................................................... - 44 - Fig. 44 Configuraciones Generales, Condiciones Ambientales ........................................................................ - 45 - Fig. 45 Configuraciones Generales, Proyecto .................................................................................................. - 45 -
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Fig. 46Tabla de Datos de Conductores ............................................................................................................. - 46 - Fig. 47 Tabla de Datos de Conductores Cable OPGW-10 ............................................................................... - 47 - Fig. 48 Tabla de Datos de Conductores ............................................................................................................ - 48 - Fig. 49 Tabla de Datos de Conductores ............................................................................................................ - 49 - Fig.50 Armado de Tipo Suspensión DLT-CAD .............................................................................................. - 50 - Fig. 51 Otros Conductores Armado de Suspensión ......................................................................................... - 50 - Fig. 52 Accesorios Armado de Suspensión ..................................................................................................... - 50 - Fig. 53 Prestaciones Armado de Suspensión ................................................................................................... - 51 - Fig. 54 Armado Suspensión Reforzada DLT-CAD .......................................................................................... - 51 - Fig. 55 Prestaciones Suspensión Reforzada ..................................................................................................... - 52 - Fig. 56 Armado de Retención DLT-CAD ........................................................................................................ - 52 - Fig. 57 Accesorios Armado de Retención ........................................................................................................ - 53 - Fig. 58 Prestaciones Armados de Retención .................................................................................................... - 53 - Fig. 59 Armado de Retención Terminal DLT-CAD ......................................................................................... - 54 - Fig. 60 Prestaciones Armado Anclaje Terminal DLT-CAD ............................................................................ - 54 - Fig. 61 Opción Distribución Automática ......................................................................................................... - 55 - Fig. 62 Diseño previo DLT-CAD ..................................................................................................................... - 55 - Fig. 63 Opción Arrastra Soporte DLT-CAD .................................................................................................... - 56 - Fig. 64 Opción Edit Estructura DLT-CAD....................................................................................................... - 56 - Fig. 65 Modificación de altura ......................................................................................................................... - 57 - Fig. 66 Modificación Tipo de Soporte .............................................................................................................. - 57 - Fig. 67 Modificación Tipo Estructura .............................................................................................................. - 58 - Fig. 68 Eliminar e Insertar Estructura .............................................................................................................. - 58 - Fig. 69 Distribuye Amortiguadores .................................................................................................................. - 59 - Fig. 70 Distribuir Puestas a Tierra (PAT) ......................................................................................................... - 59 - Fig.71 Tabla de Distribución de Puestas a Tierra ........................................................................................... - 60 - Fig. 72 Diseño Final ......................................................................................................................................... - 60 - Fig. 73 Distancia de Seguridad Vertical ........................................................................................................... - 62 -
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LISTA DE TABLAS
TABLA I TABLA DE CONDUCTORES ACSR ............................................................................................ - 11 -
TABLA II TABLA DE CONDUCTORES ACSR ........................................................................................... - 12 -
TABLA III TABLA DE CONDUCTORES ACSR ......................................................................................... - 13 -
TABLA IV CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LOS CONDUCTORES ACSR ................................ - 15 -
TABLA V FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA XL, 60HZ ................................................................... - 17 -
TABLA VI FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA Xc, 60HZ .................................................................. - 18 -
TABLA VII CARACTERÍSTICAS DEL AISLADOR TIPO NIEBLA .......................................................... - 23 -
TABLA VIII LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE SUSPENSIÓN ................................................... - 24 -
TABLA IX LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE RETENCIÓN ....................................................... - 24 -
TABLA X GRADOS DE CONTAMINACION DE ACUERDO A NORMA IEC 71-2 ................................ - 27 -
TABLA XI VOLTAJE IMPULSIVO DE FLAMEO CON PROBABILIDAD DEL 50% .............................. - 29 -
TABLA XII REQUERIMIENTOS DE RESISTENCIA EN PUESTAS A TIERRA ..................................... - 31 -
TABLA XIII TENSIÓN ADMISIBLE MÁXIMA A LA ROTURA ............................................................... - 61 -
TABLA XIV FACTOR DE SEGURIDAD MECÁNICA EN AISLADORES................................................ - 62 -
TABLA XV TORRES POR EL TIPO DE ARMADO .................................................................................... - 63 -
TABLA XVI AISLADORES POR TIPO DE ARMADO ............................................................................... - 63 -
TABLA XVII TORRES POR EL TIPO DE ARMADO .................................................................................. - 64 -
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xi
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A CUADRO DE RESUMEN DE MATERIALES
ANEXO B CUADRO DE UBICACIÓN DE ESTRUCTURAS
ANEXO C CUADRO DE VÉRTICES DE LA LÍNEA
ANEXO D PLANILLA DE ESTRUCTURAS DE CABLE DE GUARDA
ANEXO E PALNILLA DE ESTRUCTURAS CONDUCTORES DE FASE DE TERNA 1
ANEXO F PALNILLA DE ESTRUCTURAS CONDUCTORES DE FASE DE TERNA 2
ANEXO G PLANILLA DE ESTRUCTURAS TIPO 1
ANEXO H PLANILLA DE ESTRUCTURAS TIPO 2
ANEXO I PLANO DEL DISEÑO DE LA TORRE DE TRANSMISION
ANEXO J PLANOS DEL DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN CUENCA-LOJA
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xii
RESUMEN
El presente trabajo investigación explica la realización del diseño eléctrico de una línea de
transmisión a doble terna a un nivel de tensión nominal de 230 kV, definiciones de los
diferentes elementos que comprende una línea de transmisión como son torres, conductores,
aisladores, herrajes, así como también conceptos y cálculos mecánicos que son requeridos
dentro de este tipo de diseños. Además la explicación del estudio apropiado que se debe
seguir para líneas de transmisión de tipo media, cálculos eléctricos y un manual paso a paso
de la utilización del software DLT-CAD como herramienta para este tipo de diseños.
La investigación se centra en el diseño eléctrico de la línea de transmisión Cuenca-Loja en
su tercer tramo el cual está comprendido desde el cantón Saraguro hasta el cantón Loja los
dos pertenecientes a la provincia de Loja.
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xiii
ABSTRACT
This research work explains the realization of the electrical design of a transmission line to
a double circuit nominal voltage level of 230 kV, definitions of the different elements
comprising a transmission line, as towers, conductors, insulators, fittings and also concepts
and mechanical calculations that are required in this type of design. Besides explaining the
proper study to be followed for transmission lines medium type, electrical calculations and
manual step by step using the DLT-CAD software as a tool for this type design.
In investigating is explained the electrical design of the transmission line Cuenca-Loja in
its third stretch which going from Saraguro to Loja both belonging to the province of Loja.
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xiv
INTRODUCCIÓN
El presente proyecto de investigación se realiza en calidad de Trabajo Pre Profesional de
Fin de Carrera para la obtención del título de Ingeniero Eléctrico, para lo cual se procederá a
realizar el “Diseño eléctrico y mecánico de la Línea de Transmisión Cuenca-Loja Tramo 3,
(km 95 al km 140) a 230 kV” el cual comprende desde la parroquia de Urdaneta en el cantón
Saraguro provincia de Loja hasta la parroquia Sucre cantón Loja Provincia de Loja.
Una línea de transmisión eléctrica es el conjunto de dispositivos dispuestos para guiar la
energía desde las fuentes de generación hasta las cargas o consumidores donde por lo general
no es factible producirla ya que no se cumplen requerimientos topográficos necesarios para
dicha actividad o por la razón de que al producir energía eléctrica el medio ambiente se vería
seriamente afectado; haciendo de las líneas de transmisión el medio más adecuado para
transportar grandes cantidades de energía.
El software DLT-CAD utilizado como herramienta de diseño para el presente trabajo de
investigación pertenece a la compañía peruana ABS ingenieros y será utilizado con fines de
investigación educativa.
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- 1 -
I. LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA
1.1 LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
1.1.1 Definición
Una línea de transmisión eléctrica es el conjunto de dispositivos dispuestos para guiar la energía eléctrica desde las
fuentes de generación hasta los consumidores donde por lo general no es factible producirla debido a la ausencia de
requerimientos topográficos necesarios para dicha actividad o por la razón de que al producir energía eléctrica el medio
ambiente se ve seriamente afecto. Por lo que las líneas de transmisión representa el medio más adecuado para transportar
grandes cantidades de energía.
Fig. 1 Líneas de transmisión eléctrica 1
1.1.2 Tipos de líneas de transmisión
Las líneas de transmisión eléctrica se pueden clasificar de acuerdo al espacio en el que se encuentran existiendo así aéreas
y subterráneas, por el nivel de tensión trasportada teniendo de baja y alta tensión, por el origen de la tensión ya sean de
corriente continua CC o de corriente alterna CA y por la longitud de las líneas de trasmisión pudiendo ser estas cortas,
medianas y largas.
1 http://www.telemundo33.com/2013/12/13/tres-concesiones-electricas-en-brasil-quedan-en-manos-de-empresas-nacionales/
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- 2 -
1.1.3 Tipos de torres
Las torres de transmisión son apoyos metálicos que brindan seguridad al soportar el peso de todas las estructuras y los
esfuerzos mecánicos ocasionados al mantener suspendidos los conductores eléctricos a una cierta distancia considerada desde
la superficie terrestre hasta el punto más bajo del conductor entre torre y torre, distancia que se considera de seguridad.
Las torres de transmisión se clasifican de acuerdo a los siguientes criterios: por la adecuación de las fases, el tipo de
fundación utilizada y por las características mecánicas que posean.
1.1.4 Tipo de torres de acuerdo a la adecuación de las fases
De acuerdo a su adecuación se distinguen el sistema de fases escalonadas en el cual los conductores están a diferentes
niveles de altura y el sistema de fases horizontales en el cual los conductores se encuentran a iguales niveles de altura y en
donde se implica el uso de los hilos de guarda siendo también torres de menor altura. En las siguientes imágenes se puede
apreciar el sistema de fases escalonadas y el de fases horizontales.
Fig. 2 Sistema de fases escalonadas 2
Fig. 3 Sistema de fases horizontales 3
1.1.4.1 Tipo de torres de acuerdo al tipo de fundación utilizada
Por la forma de fundación utilizada se tiene de tipo simple o monópoda en el cual existe un solo punto de sujeción a la
superficie del suelo y se utilizadas en especial para postes, fundación de tipo doble o bípoda utilizadas para estructuras de
mayor altura en donde los puntos de sujeción al suelo son dos y por ultimo fundación separada o tetrápoda utilizada para
estructuras de grandes dimensionadas las cuales están expuestas a altos niveles de esfuerzos mecánicos en donde la sujeción
al suelo es mayor ya que existen cuatro puntos de soporte. Lo antes explicado se puede apreciar de mejor forma en las
siguientes imágenes.
2 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 3 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf
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Fig. 4 Torre con fundación monópoda 4
Fig. 5 Torre con fundación bípoda5
Fig. 6 Torre con fundación tetrápoda6
4 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 5 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 6 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf
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1.1.4.2 Tipo de torres de acuerdo a sus características mecánicas.
Por ultimo las torres de transmisión se clasifican también por la resistencia que ofrecen a los esfuerzos longitudinales
generados por los conductores que sostienen existiendo torres semirrígidas en las cuales no existen o son mínimos dichos
esfuerzos, torres rígidas las cuales se fabrican en base a cálculos y condiciones exactas de esfuerzos a los que se le va a
someter y por ultimo las torres flexibles que experimentan un área de deformaciones elásticas mayores que las torres antes
mencionadas.
1.1.5 Conductores
Un conductor es un elemento que presenta poca resistencia al paso corriente eléctrica cuando en sus extremos se ve
expuesto a una diferencia de potencial lo cual se conoce como conductividad , se fabrican de materiales que poseen altos
niveles de dicha característica como lo es el cobre, aluminio, aleaciones de cobre, hierro, acero.
Al momento de la elección del conductor los aspectos que rigen su elección son sus propiedades mecánicas y eléctricas,
resistencia a la corrosión, la facilidad para la manipulación del mismo y el aspecto económico.
Fig. 7 Conductores7
1.1.6 Herrajes
Los herrajes son estructuras de consistencia metálica que se complementan con las estructuras de soporte de las líneas de
transmisión desempeñando diferentes funciones en la misma. A continuación se explica algunos de los herrajes utilizados en
líneas de transmisión.
1.1.7 Grilletes
El grillete es una de barra de acero cilíndrica doblada en forma de “U” que cumplen la función de fijar mecánicamente la
cadena de aisladores a la ménsula de la torre.
7 http://image.made-in-china.com/2f0j00hevTwAZByMpI/ACSR-Aluminum-Conductor-Steel-Reinforced.jpg
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Fig. 8 Grillete8
1.1.7.1 Grapa de amarre y suspensión
Herraje utilizado para la sujeción del conductor a la cadena de aisladores y dependiendo la disposición de la estructura ya
sea esta tipo pasante o de retención existen grapas de suspensión y amarre respectivamente.
Fig. 9 Grapa de amarre9
8 http://www.distintec.cl/productos.php?categoria=28 9 http://www.korwi.com/Menukorwi2.htm
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Fig. 10 Grapa de suspensión10
1.1.7.2 Eslabón ojo bola
Este herraje se utiliza para unir los aisladores permitiendo un ajuste completo y formar así una cadena de aisladores. Se
fabrican a partir a de acero forjado y galvanizado.
Fig. 11 Ojo bola11
10 http://modever.com.co/productos.php?cat=1&subcat=26 11 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf
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1.1.7.3 Horquilla bola
Se utiliza para entrelazar los yugos de tipo macho que amarran los conductores a los aisladores. Se fabrican a partir de
hierro forjado y galvanizado.
Fig. 12 Horquilla12
1.1.7.4 Yugo
El yugo brinda un punto de sujeción común para la cadena de aisladores y para los conductores, existiendo de forma
triangular, trapezoide o recto, para líneas con uno o más conductores según sea la formación de conductores por fase.
Fig. 13 Yugo13
12 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf 13 http://fglongatt.org/OLD/Archivos/Archivos/LT_1/Cap1LT1-2007.pdf
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1.1.7.5 Amortiguadores
Los amortiguadores son herrajes utilizados para atenuar las oscilaciones provocadas por el viento en el conductor de las
ternas y el hilo de guarda. Como se puede apreciar en la siguiente imagen un amortiguador está conformado por unos
contrapesos en sus extremos, un cable de acero que une los mismos y un apretador en aleación de aluminio el cual se sitúa en
la mitad del cable de acero y viene a ser el punto de sujeción del amortiguador con el conductor.
Fig. 14 Amortiguador Stockbridge Dampers para Hilo de Guarda 14
1.1.7.6 Cuernos de descarga
En líneas de alta tensión se utiliza herrajes denominados cuernos de descarga o antenas superiores e inferiores los cuales
se colocan en los aisladores con la finalidad de protegerlos de los arcos eléctricos originados por sobretensiones. En la
siguiente imagen se puede apreciar una cadena de aisladores con los cuernos de descarga en su parte superior e inferior.
Fig. 15 Cadena de aisladores con cuernos de descarga15
1.1.8 Aisladores
Un aislador eléctrico es un elemento destinado a impedir el paso o circulación de la corriente eléctrica consiguiendo con
ello proteger la línea de transmisión de una descarga franca entre el conductor y la torre de celosía; y también cumplen una
función mecánica en conjunto con los demás herrajes que es la de mantener los conductores suspendidos en el aire entre cada
14 http://www.saprem.com/2amortigua.pdf 15 http://www.textoscientificos.com/fisica/transmision-energia/dispositivos-proteccion
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vano. Los aisladores son fabricados de distintos materiales que tienen como propiedad principal la de ser pésimos
conductores eléctricos entre los cuales tenemos la cerámica, vidrio, plásticos, caucho siliconado entre los más utilizados. En
la siguiente figura se puede apreciar distintos tipos de aisladores.
Fig. 16 Aisladores16
17 http://www.ge-elec.com.mx/Paginas/Productos.htm
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II. SELECCIÓN Y REQUERIMIENTOS PREVIOS PARA EL
DISEÑO DE LÍNEA DE TRANSMISIÓN A 230 kV
A continuación se detalla los cálculos que se debe realizar para poder determinar los diferentes componentes de la línea de
transmisión como es el tipo de aislador, tipo de conductor, distancia de seguridad, entre otros.
2.1 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL CONDUCTOR ELÉCTRICO A
UTILIZAR
Para poder determinar adecuadamente el conductor que garantice la confiabilidad de línea es necesario realizar el cálculo
del mismo de acuerdo a la corriente de la línea y por las caídas de tensión que presente la misma.
Para la determinación del cálculo del calibre por corriente y caída de tensión de la línea se seguirá el siguiente
procedimiento tomado del libro de Sistemas de Potencia de Duncan Glover.
2.1.1 Cálculo de calibre corriente
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑃) = 99.5𝑀𝑉𝐴 (Potencia máxima de transmisión por cada circuito)
𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 (𝑉) = 230𝑘𝑉 (Nivel de tensión nominal)
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑓𝑝) = 0.92 (Factor de potencia establecido por la operadora nacional de las líneas de transmisión
Transelectric)
𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 ∗ √3 ∗ 𝑐𝑜𝑠∅ (1) (Potencia trifásica)
𝐼 =𝑃
𝑉 ∗ √3 ∗ 𝑐𝑜𝑠∅
𝐼 =99500𝑘𝑉𝐴
230 ∗ √3 ∗ 0.92
𝐼 = 271.48A (Corriente de línea)
La corriente obtenida en el cálculo es de 271.48A, según la tabla de conductores ACSR corresponde a un cable Quail 2/0
con una capacidad de corriente de 276A.
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TABLA I
TABLA DE CONDUCTORES ACSR17
NOMBRE CLAVE
Calibre AWG ó MCM
Sección FORMACION
DIAM. EXTER.
mm
PESO
TENSIÓN DE
RUPTURA kgf
RESISTENCIA CC a 20°C
OHMS/Km
Capacidad de
Corriente Amp.
AL mm2
TOTAL mm2
No. de hilos por diámetro (mm)
AL St
AL kg/km
ST kg/km
TOTAL kg/Km
Quail 2/0 67,4 78,64 6x3,78 + 1x3,78 11,34 184,6 87,5 272,1 2425 0,4245 276
2.1.2 Cálculo de calibre por caída de tensión
Para realizar el cálculo del calibre por caídas de tensión es necesario tomar en cuenta la longitud total de la línea es decir,
considerar los tres tramos el material del conductor genera una resistencia eléctrica lo cual ocasiona una variación de la
tensión conocida como “delta v (∆v)”.
En este cálculo se obtendrá la sección mínima que debe tener el conductor para garantizar que la variación de tensión no
supere el 3% equivalente a 6900V. Variación menor a la permitida equivalente al 5% establecido por el CONELEC
Regulación No. 004/01
𝑃 = 99.5𝑀𝑉𝐴 (Potencia máxima de transmisión por cada circuito en MVA)
𝑉 = 230𝑘𝑉 (Voltaje nominal en V)
𝑓𝑝 = 0.92 (Factor de potencia)
𝑙 = 140𝑘𝑚 (Longitud total de línea en km)
∆𝑉𝑚á𝑥 = 3% (Variación de tensión máxima propuesta %)
Cálculo de la caída de tensión máxima admisible:
∆𝑉𝑚á𝑥 =𝑉∗∆𝑉%
100% (2)
∆𝑉𝑚á𝑥 =230000 ∗ 3%
100%
∆𝑉𝑚á𝑥 = 6900𝑉
Cálculo de sección de conductor considerando la caída de tensión máxima admisible:
17 disensa.com/main/images/pdf/electro_cables.pdf
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- 12 -
∆[𝑆] ≈√3∗𝑓𝑝∗𝐼∗𝑙
𝛿∗∆𝑉 (3)
Donde,
∆[𝑆], (Sección del conductor en mm2)
𝛿, Conductancia del conductor, 35 para ACSR
∆[𝑆] ≈√3∗0,92∗271.48𝐴∗140000𝑚
35∗6900𝑉
∆[𝑆] ≈ 250.78𝑚𝑚2
2.1.3 Características del conductor
Una vez obtenido los resultados del cálculo del calibre del conductor tanto por corriente como por caída de tensión y al
compararlos estos indican que el conductor que cumple con los dos requerimientos es el conductor PELIKAN tipo ACSR,
que según la siguiente tabla de datos del fabricante el conductor posee las siguientes características:
TABLA II
TABLA DE CONDUCTORES ACSR18
NOMBRE CLAVE
Calibre AWG
ó MCM
Sección FORMACION
DIAM. EXTER.
mm
PESO
TENSIÓN DE
RUPTURA kgf
RESISTENCIA CC a 20°C
OHMS/Km
Capacidad de
Corriente Amp.
AL mm2
TOTAL mm2
No. de hilos por diámetro (mm)
AL St
AL kg/km
ST kg/km
TOTAL kg/km
Pelikan 477 241,7 255,1 18x4,14 + 1x4,14 20,68 666,3 104,6 770,9 5579 0,1189 646
Según la tabla del fabricante el conductor PELIKAN tipo ACSR tiene un diámetro de 20.68mm y una resistencia en
corriente continua a 20°C de 0.1189 Ohm/km.
Pero por razones de esfuerzos mecánicos que el conductor debe soportar en el diseño de línea de transmisión a 230 kV, se
considera la utilización de un conductor de sección mayor al que se obtuvo como resultado luego de los cálculos realizados
por caída de tensión y corriente. Por ello para el diseño de la línea de transmisión el conductor a utilizar será de tipo ACSR,
de nombre comercial Drake y de formación 26/7 hilos, con las siguientes características:
18 disensa.com/main/images/pdf/electro_cables.pdf
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TABLA III
TABLA DE CONDUCTORES ACSR19
NOMBRE CLAVE
Calibre AWG
ó MCM
Sección FORMACION
DIAM. EXTER.
mm
PESO
TENSIÓN DE
RUPTURA kgf
RESISTENCIA CC a 20°C
OHMS/Km
Capacidad de
Corriente Amp.
AL mm2
TOTAL mm2
No. de hilos por diámetro (mm)
AL St
AL kg/km
ST kg/km
TOTAL kg/km
Drake 795 402,8 468 26x4,44 + 7x3,45 28,11 1116 511,2 1627 14290 0,07051 907
Los conductores ACSR son conductores de aluminio reforzados con almas de acero, permitiendo así una mayor
resistencia a la tensión mecánica y tracción sin que esto influya en la reducción de las características de conductividad.
Fig.17 Formación del cable tipo ACSR20
2.2 PARÁMETROS ELÉCTRICOS DE LA LÍNEA
La línea de transmisión tiene una distancia total de 140 km y al estar entre 80 y 240 km de distancia está dentro de la
clasificación de línea de tipo media por su longitud, por lo que para su análisis se considera el modelo de circuito equivalente
π; modelo tomado del libro “Sistemas Eléctricos de Potencia de Duncan Glover, pág. 221”que se muestra en la figura
siguiente.
19 disensa.com/main/images/pdf/electro_cables.pdf 20http://www.sectorelectricidad.com/8503/cual-es-la-diferencia-entre-los-conductores-aac-aaac-y-acsr/
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- 14 -
Fig.18 Circuito π equivalente para línea media 21
En el modelo π equivalente intervienen parámetros eléctricos como resistencia, impedancia, admitancia inductiva y
admitancia en derivación. Con el cálculo de estos parámetros es posible hallar las constantes A, B, C, D, que intervienen en
el modelamiento.
𝐴 = D = 1 +𝑌𝑍
2 (4)
𝐵 = Z (5)
𝐶 = Y (1 +𝑌𝑍
4) (6)
Donde,
A, B, C, D, Constantes del circuito equivalente π
Y, Admitancia
Z, Impedancia
2.2.1 Cálculo del radio del conductor
El radio del conductor está dado por la siguiente fórmula:
𝑟 =𝐷
2 (7)
Donde,
r, Radio del conductor en mm
D, Diámetro del conductor DRAKE en mm, obtenido de la tabla del fabricante
𝑟 =28.11𝑚𝑚
2
21 lineas-tecsup.pdf
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𝑟 = 14.05𝑚𝑚
2.2.2 Cálculo de la resistencia eléctrica
Debido a que la línea atraviesa diferentes sectores entre Azuay y Loja exponiéndose así a diferentes niveles de
temperatura, por ello para el cálculo y diseño de línea se considera una temperatura promedio de 20°C. En la siguiente tabla
se indica el valor por unidad de resistencia que posee el conductor DRAKE por milla a una temperatura de 20°C.
TABLA IV
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DE LOS CONDUCTORES ACSR 22
NOMBRE CLAVE
Área de Al. Cmil
Trenzado AL/ST
Capas de AL
Diámetro ext.
Pulgadas
RESISTENCIA
RMG D pies
Reactancia por conductor a l pies de espaciamiento
60Hz CA, 60Hz
Dc, 20°C Ω/1000
pies
20°C Ω/milla
50°C Ω/milla
Xa inductiva Ω/milla
X'a capacitiva MΩ/milla
Drake 795 26/7 2 1,108 0,0215 0,1172 0,1284 0,0373 0,399 0,0912
Resistencia en temperatura de 20°C equivalente a 0.1172 Ω/milla.
𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑅𝑝𝑢 ∗ 𝐿 (8)
Donde,
𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 Resistencia en Ω/milla, a temperatura de 20°C, obtenido de la tabla de fabricante
L Longitud total de la línea en millas
𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 0.1172Ω
𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎∗ 87.01𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎
𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 10.19Ω
2.2.3 Disposición de conductores
Según el NESC (National Electrical Safety Code) indica que se puede calcular la distancia mínima entre conductores
mediante la siguiente expresión:
𝐷 = K(F + L)1
2 +𝑉𝑛
150 (9)
22 Manual de conductores eléctricos de aluminio, 2ª Edición, Washington DC, 1982
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Donde,
Donde,
D, Distancia entre fases en m
K, Factor que tiene en cuenta el tipo de conductor y el ángulo de oscilación de la cadena. (Para un conductor
ACSR mayor de 200 mm2 y un ángulo de oscilación máximo de 55°, este valor es de 0.75)
F, Flecha máxima en m
L, Longitud de la cadena de aisladores en m
Vn, Voltaje nominal
Pero debido a que el parámetro de la flecha varía de un vano a otro, el Código de Redes recomienda una distancia mínima
de 6m entre conductores.
En base a lo antes mencionado en la siguiente figura se muestra la disposición de los conductores en los soportes con sus
respectivas distancias.
Fig.19 Disposición de los conductores
2.2.4 Cálculo de la reactancia Inductiva (Xl)
En la tabla IV se indica el valor por unidad de la reactancia inductiva del conductor DRAKE el cual tiene el siguiente
valor.
𝑋𝐿 = 0.399Ω
𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎
A más del valor de la reactancia inductiva se requiere el factor de compensación por espaciamiento el cual proviene de la
distancia que existe entre conductores según sea la disposición de los conductores en las ternas de las torres, y el cual como
se puede apreciar en la figura 19 se puede apreciar esta distancia la cual es igual a 6m equivalente a 19.685 pies. En la tabla
siguiente se muestran los valores establecidos del factor de compensación por espaciamiento.
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TABLA V
FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA XL, 60HZ 23
Pies Pulgadas
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 -0,3015 -0,2174 -0,1682 -0,1333 -0,1062 -0,0841 -0,0654 -0,0492 -0,0349 -0,0221 -0,0106
1 0 0,0097 0,0187 0,0271 0,0349 0,0423 0,0492 0,0558 0,0620 0,0679 0,0735 0,0789
2 0,0841 0,0891 0,0938 0,0984 0,1028 0,1071 0,1112 0,1152 0,1190 0,1227 0,1264 0,1299
3 0,1333 0,1366 0,1399 0,1430 0,1461 0,1491 0,1520 0,1549 0,1577 0,1604 0,1631 0,1657
4 0,1682 0,1707 0,1732 0,1756 0,1779 0,1802 0,1825 0,1847 0,1869 0,1891 0,1912 0,1933
5 0,1953 0,1973 0,1993 0,2012 0,2031 0,2050 0,2069 0,2087 0,2105 0,2123 0,2140 0,2157
6 0,2174 0,2191 0,2207 0,2224 0,2240 0,2256 0,2271 0,2287 0,2302 0,2317 0,2332 0,2347
7 0,2361 0,2376 0,2390 0,2404 0,2418 0,2431 0,2445 0,2458 0,2472 0,2485 0,2498 0,2511
8 0,2523
A 60 Hz en Ω/milla por conductor Xd=0,06831 log d,
con d=separación en pies Para líneas trifásicas
d=Deq
9 0,2666
10 0,2794
11 0,291
12 0,3015
13 0,3112
14 0,3202
15 0,3286
16 0,3364
17 0,3438
18 0,3507
19 0,3573
20 0,3635
21 0,3751
22 0,3805
23 0,3856
24 0,3906
25 0,3953
El valor de factor de compensación por espaciamiento que corresponde a una distancia de 19.685 es de 0.3635 el cual se
puede observar en la tabla anterior marcado de color rojo.
𝑋𝑙𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑋𝑙 + 𝑋𝑑) ∗ 𝐿 (10)
Donde,
Xltotal, Reactancia inductiva total en Ω
Xl, Reactancia inductiva parcial, obtenido de tabla Ω/milla
Xd, Compensación por espaciamiento de conductores, obtenido de tabla Ω/milla
L, Longitud total de la línea en millas
23 Manual de conductores eléctricos de aluminio, 2ª Edición, Washington DC, 1982
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𝑋𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (0.399Ω
𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎+ 0.3635
Ω
𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎) ∗ 87.01𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎
𝑋𝐿𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 66.34Ω
2.2.5 Cálculo de la reactancia capacitiva (Xc)
En la tabla IV se indica el valor por unidad de la reactancia capacitiva el cual tiene el siguiente valor.
𝑋𝑐 = 0.0912MΩ
𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎
De la misma forma que en el cálculo de la reactancia inductiva aquí también se requiere un factor de compensación por
espaciamiento entre conductores los cuales se ven a siguiente tabla.
TABLA VI
FACTOR DE ESPACIAMIENTO PARA Xc, 60HZ 24
Pies Pulgadas
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 -0,0737 -0,0532 -0,0411 -0,0326 -0,0260 -0,0206 -0,0160 -0,0120 -0,0085 -0,0054 -0,0026
1 0 0,0024 0,0046 0,0066 0,0085 0,0103 0,0120 0,0136 0,0152 0,0166 0,0180 0,0193
2 0,0206 0,0218 0,0229 0,0241 0,0251 0,0262 0,0272 0,0282 0,0291 0,0300 0,0309 0,0318
3 0,0326 0,0334 0,0342 0,0350 0,0357 0,0365 0,0372 0,0379 0,0385 0,0392 0,0399 0,0405
4 0,0411 0,0417 0,0423 0,0429 0,0435 0,0441 0,0446 0,0452 0,0457 0,0462 0,0467 0,0473
5 0,0478 0,0482 0,0487 0,0492 0,0497 0,0501 0,0506 0,0510 0,0515 0,0519 0,0523 0,0527
6 0,0532 0,0536 0,0540 0,0544 0,0548 0,0552 0,0555 0,0559 0,0563 0,0567 0,0570 0,0574
7 0,0577 0,0581 0,0584 0,0588 0,0591 0,0594 0,0598 0,0601 0,0604 0,0608 0,0611 0,0614
8 0,0617
A 60 Hz en Ω'/milla por conductor Xd'=0,06831 log d,
con d=separación en pies Para líneas trifásicas
d=Deq
9 0,0652
10 0,0683
11 0,0711
12 0,0737
13 0,0761
14 0,0783
15 0,0803
16 0,0823
17 0,0841
18 0,858
19 0,0874
20 0,0889
21 0,0903
22 0,0917
23 0,093
24 0,943
25 0,0955
24 Manual de conductores eléctricos de aluminio, 2ª Edición, Washington DC, 1982
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El valor de factor de compensación por espaciamiento que corresponde a una distancia de 19.685 es de 0.0889 el cual se
puede observar en la tabla anterior marcado de color rojo.
𝑋𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑋𝑐 + 𝑋𝑑) ∗ 𝐿 (11)
Donde,
Xctotal, Reactancia capacitiva total en MΩ
Xc, Reactancia capacitiva parcial, obtenido de tabla MΩ/milla
Xd, Compensación por espaciamiento de conductores, obtenido de tabla MΩ/milla
L, Longitud total de la línea en millas
𝑋𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (0.0912MΩ
𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎+ 0.0889
MΩ
𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎) ∗ 87.01𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎
𝑋𝑐𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 15.67MΩ
2.2.6 Cálculo de admitancia en derivación (Yc)
Para obtener la admitancia en derivación del circuito equivalente de la línea media se aplica la inversa de la reactancia
capacitiva en derivación obtenida anteriormente.
𝑌𝑐 =1
𝑋𝑐 (12)
𝑌𝑐 =1
15.67𝑀Ω
𝑌𝑐 = 0.0638𝜇𝑆𝑖𝑒𝑚𝑒𝑛𝑠
2.2.7 Circuito π equivalente de línea
El circuito equivalente π que corresponde a la línea de transmisión con los respectivos valores calculados anteriormente se
puede observar en la siguiente figura.
Fig.20 Circuito π de línea media equivalente
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2.2.8 Cálculo de parámetros ABCD del circuito π nominal
Para el cálculo de las constantes ABCD es necesaria la impedancia obtenida de la suma de la resistencia y la reactancia
inductiva, obteniendo:
𝑍 = (10.19 + j66.34)Ω
𝑍 = (67.11∠81.26°)Ω
Donde
Z, Impedancia
2.2.8.1 Constante A
𝐴 = D = 1 +𝑌∗𝑍
2 (13)
Donde,
Yc, Admitancia
Z, Impedancia
p.u. Por unidad
𝐴 = 1 +(0.0638𝑥10−6 ∠ 90°)(67.11 ∠ 81.26°)
2
𝐴 = (0.99 ∠18.63𝑥10−6°) p.u.
2.2.8.2 Constante B
𝐵 = Z (14)
𝐵 = (67.11∠81.26°)Ω
2.2.8.3 Constante C
𝐶 = Y (1 +𝑌∗𝑍
4) (15)
𝐶 = (0.0638𝑥10−6∠90°) (0.99∠9.31𝑥10−6°)
𝐶 = (0.0637𝑥10−6∠90.1°)
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2.2.9 Modelamiento de línea de transmisión media
Con las constantes A, B, C, D calculadas se puede proceder a calcular los parámetros eléctricos en los lados de generación
y recepción, y a partir de ello poder determinar el rendimiento en la línea de transmisión lo cual define el porcentaje de
pérdidas o regulación, que es el parámetro más importante en el diseño eléctrico. En la siguiente imagen se observa los
parámetros eléctricos a ser calculados.
Fig.21 Modelamiento de línea de transmisión media
Donde,
Is, Corriente de emisor o generación
Vs, Voltaje de emisor o generación
Ir, Corriente de receptor o carga
Vr, Voltaje de receptor o carga
𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = ( A × 𝑉𝑅𝑓𝑎𝑠𝑒 ) + ( 𝐵 × 𝐼𝑅 ) (16)
𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = (0.99 ∠18.63𝑥10−6°) ( 128.8 ∠ 0° ) + (67.11∠81.26°)( 0.279 ∠ 23.07° )
𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = ( 125.35 ∠ 8.32° ) 𝑘𝑉
𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 = ( 125 357 ∠ 8.398° ) 𝑉
𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 𝑉𝑆𝑓𝑎𝑠𝑒 × √3 (17)
𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 125.35 × √3
𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 217.11 𝑘𝑉
𝑉𝑆𝑙í𝑛𝑒𝑎 = 217 113 𝑉
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2.2.9.1 Eficiencia
ƞ =𝑃𝑅
𝑃𝑆∗ 100% (18)
ƞ =99.5 𝑀𝑉𝐴
100.4 𝑀𝑉𝐴∗ 100% = 99.10%
2.2.10 Porcentaje de regulación
% 𝑅𝑒𝑔 =𝑃𝑆−𝑃𝑅
𝑃𝑅∗ 100% (19)
% 𝑅𝑒𝑔 =100.4 MVA−99.5 MVA
99.5 MVA∗ 100%
% 𝑅𝑒𝑔 = 0.90%
2.2.11 Pérdidas de potencia
La potencia de pérdidas en base al modelo π desarrollado se obtiene de la siguiente ecuación obtenida del libro “Cálculos
de líneas y redes, de Ramón María Mujal Rosas”
𝑃𝑃 =3
2∗ R ∗ (𝐼𝑆
2 + 𝐼𝑅2) (20)
Donde,
Pp, Potencia de pérdidas
R, Resistencia total de línea
Is, Corriente de generación
IR, Corriente de recepción
𝑃𝑃 =3
2∗ 10.19 ∗ (2762 + 2792)
𝑃𝑃 = 2.35MW
La pérdida de potencia no excederá el 3% por cada 100km.
2.3 CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL AISLADOR
Dentro del criterio básico para determinar el aislamiento requerido se consideran los siguientes aspectos determinantes:
- Selección de la distancia de fuga dispuesta para la cadena de aisladores.
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- El nivel isoceráunico determina la cantidad de descargas atmosféricas en una zona específica ocurridas en un año,
para las zonas ubicadas entre la provincia del Azuay y Loja el valor de incidencia es de 10, valor obtenido del Mapa
Isoceráunico del Ecuador disponible en el sitio web del INAMHI.
- Sobretensiones a frecuencia industrial y por descargas atmosféricas, debido a que el voltaje máximo del sistema para
las líneas de transmisión se ubican en el rango I según la norma IEC 60071-1 (desde 0 hasta 245kV), se analizan las
distancias eléctricas en términos de soportabilidad ante impulsos de frente rápido (corta duración) y de frecuencia
industrial.
- Nivel de contaminación de la zona por donde atravesará el conductor.
Para las estructuras de suspensión y retención se utilizarán los mismos tipos de aisladores de porcelana en forma de
campana tipo niebla, con las siguientes características:
TABLA VII
CARACTERÍSTICAS DEL AISLADOR TIPO NIEBLA25
CARACTERÍSTICA TIPO NIEBLA
CADENAS DE SUSPENSIÓN CADENAS DE RETENCIÓN
Tipo Suspensión disco cuenca y bola
Suspensión disco cuenca y bola
Material Porcelana Porcelana
Resistencia electromecánica (kN) 120 120
Diámetro D (mm) 280 280
Espaciamiento S (mm) 146 146
Distancia mínima de fuga (mm) 445 445
Fig.22 Aislador de porcelana tipo niebla26
25 www.gamma.co/pdf/boletines/tecnicos/boletin05.pdf 26 http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap3/c3aisladores.php
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2.3.1 Longitud de cadenas de aisladores
De los fabricantes PLP Brasil e Industrias Arruti se extrae las siguientes tablas en donde se muestra la forma de como se
debe realizar el cálculo de la longitud de las cadenas de suspensión y retención, cálculo en el cual ya se toma en cuenta la
distancia de cada aislador más las distancias que se suman por los acoples de los mismos.
TABLA VIII
LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE SUSPENSIÓN
Elemento
Carga de rotura (kN)
Longitud de acople herrajes ARRUTI
(mm)
Longitud de acople herrajes PLP
(mm)
Grillete 120 68 75
Adaptador óvalo-bola 120 73 60
Aisladores 120 N 146 N 146
Adaptador rótula-óvalo largo
(para operación en caliente) 120 200 200
Grapa de suspensión 60% TUR conductor 66 40
Longitud ----- N 146 + 407 N 146 + 375
Donde N, describe el número de aisladores que forman la cadena.
TABLA IX
LONGITUD ESTIMADA DE CADENA DE RETENCIÓN
Elemento
Carga de rotura (kN)
Longitud de acople
herrajes ARRUTI
(mm)
Longitud de acople herrajes
PLP (mm)
Grillete 120 68 75
Adaptador óvalo-bola 120 73 60
Aisladores 120 N 146 N 146
Adaptador rótula-horquilla (Para operación en caliente) 120 (Nota 1) (Nota 1)
Grapa de retención 95% TUR
conductor
(Nota 1) (Nota 1)
Longitud ----- N 146 + 141 N 146 + 135
Donde N, describe el número de aisladores que forman la cadena.
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2.3.2 Aislamiento a frecuencia industrial
Para el cálculo del aislamiento a frecuencia industrial se considera la metodología tomada del Electric Power Research
Institute (EPRI), referencia 5.
V60𝐻𝑧𝐹−𝑁 = 𝑉𝑚𝑎𝑥𝑓−𝑁 ∗ F𝑠 ∗ F𝑦 ∗ 𝐹𝑑𝑒𝑛 ∗ Fh (21)
Donde,
V60HzF-N, Sobrevoltaje de 60 Hz
Vmax F-N, Voltaje máximo de operación Fase – Neutro (141.5kV)
Fs, Factor de sobre voltaje por tensiones temporales, debido a que el sistema se considera sólidamente
aterrizado equivale a se considera 1.4
Fy, Factor de contaminación y mantenimiento, se considera 1.1
Fden, Factor de densidad del aire 1/valor tabla
Fh, Factor por humedad.
Debido a que la zona por la que atraviesa la línea de transmisión presenta una altura promedio de 3000 msnm se considera
esta para la determinación del factor de densidad del aire.
Fig.23 Factor de densidad del aire en función de msnm27
El factor de densidad del aire para una altura de 3000msnm se obtiene mediante el cálculo de dividir 1 para el factor de
tabla, el cual si observamos la figura anterior este valor de tabla corresponde a 0.7, y al aplicar el cálculo antes mencionado
da como resultado de factor de densidad del aire un valor de 1,43.
El factor de humedad Fh, se obtiene al considerar la temperatura promedio del área equivalente a 20°C, temperatura que
se considera para esta zona según el atlas solar disponible en la página web del CONELEC.
27 http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/Tema06.htm
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Fig.24 Humedad absoluta en función de la temperatura28
De la figura anterior en su parte izquierda se observa el valor de humedad absoluta del aire el cual para una temperatura de
20°C tiene un valor de 17.5 g/m3 el mismo que al ubicarlo en la parte derecha de la gráfica corresponde a un factor de
humedad igual a 0.93. Reemplazando estos valores en la ecuación de V60𝐻𝑧𝐹−𝑁 se obtiene un sobrevoltaje a 60 Hz de
289kV, valor que según la siguiente tabla tomada del NKG Technical Note resulta una distancia mínima en aire para
sobrevoltajes de baja frecuencia, equivalente a 110cm.
Fig.25 Distancia mínima en aire para voltajes de baja frecuencia29
28 http://www.ugr.es/~agcasco/personal/restauracion/teoria/Tema06.htm 29 NKG TECHNICAL NOTE, April 26/88
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2.3.3 Determinación de la línea de fuga
Para la determinación de la distancia de fuga es necesario considerar el nivel de contaminación ambiental, dada por la
siguiente tabla obtenida de la norma IEC 71-2, 1996-12.
TABLA X
GRADOS DE CONTAMINACION DE ACUERDO A NORMA IEC 71-230
Debido a la ruta que atraviesa la línea y proyectando un crecimiento industrial a futuro, la línea de transmisión se
dimensiona como de nivel tres siendo este de tipo fuerte, y el cual corresponde a una distancia nominal de fuga mínima de
25mm por kV.
La distancia de fuga mínima está dada por la siguiente ecuación considerada en la misma norma:
Df𝑚𝑖𝑛 = 𝐾𝑓 ∗ V𝐹−𝐹 𝑚𝑎𝑥 ∗ Kd (22)
30http://www.unalmed.edu.co/~lcardona/transporte/Aislamiento_lineas_transmision_energia.pdf
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Donde,
Dfmin , Distancia de fuga mínima nominal en mm
Kf, Distancia de fuga específica mínima nominal (25mm/kV)
VF-Fmax, 245 kV (Máxima tensión de servicio fase-fase en línea de 230kV según norma IEC 60071-1)
Kd, Factor de corrección que depende del diámetro de las aletas de los aisladores (1 para diámetro de
aisladores menor a 300 mm)
Reemplazando los datos en la ecuación se obtiene:
𝐷𝑓𝑚𝑖𝑛 = 6125𝑚𝑚
2.3.4 Cálculo del voltaje crítico de flameo inverso y número de aisladores
Teniendo en cuenta la distancia de fuga del aislador a utilizar equivalente a 445mm, se obtiene la cantidad de aisladores a
emplear, siendo:
Cantidad de unidades =𝐷𝑓𝑚í𝑛
𝐷𝑓𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 (23)
Donde,
Dfmin, Distancia mínima de fuga
Dfaislador, Distancia de fuga del aislador (445mm)
Cantidad de unidades = 13.76
La longitud de aislamiento previo corresponde a 14 aisladores, por lo tanto W equivale a 2.044m
Sin embargo, el número de aisladores a utilizar debe tomar en cuenta un valor de corrección correspondiente al voltaje
crítico del flameo inverso CFO, dado por la siguiente ecuación obtenida de la norma IEC 60071-2.
CFO = (400 +710
𝑡0.75) 𝑊 (24)
Donde,
t, Tiempo de flameo en µs
W, Longitud de aislamiento previo en metros
Reemplazando los valores en la ecuación se obtiene un voltaje crítico de flameo de 1196kV, valor que considera un factor
de corrección por la altitud, que se calcula mediante la siguiente ecuación obtenida de la norma IEC 60071-2.
Ka = 𝑒𝑚(
𝐻
8150) (25)
Donde,
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H, Altura sobre el nivel del mar
m, 1 para coordinación de voltajes de soporte de impulso atmosférico. (IEC 60071-2)
Reemplazando los valores se obtiene el CFO corregido equivalente a 1728kV.
A partir de los valores obtenidos del CFO se escoge el número de unidades que cumpla por arriba del valor obtenido, en la
siguiente tabla tomada de la norma ANSI C29.1
TABLA XI
VOLTAJE IMPULSIVO DE FLAMEO CON PROBABILIDAD DEL 50%
RANGO
N° DE
UNIDADES
(280*146 mm)
CFO*
(kV)
Distancia de
fuga (mm)
0-1000 msnm 14 1310 6230
1000-2000 msnm 17 1595 7565
2000-3000 msnm 19 1755 8455
3000-4000 msnm 20 1840 8900
La cantidad de aisladores a utilizarse es de 19 unidades para las cadenas de suspensión y de 20 unidades para las de
retención, basándose en el criterio del esfuerzo mecánico en los dos casos.
La longitud de la cadena de suspensión según el fabricante PLP de Brasil mencionado con anterioridad en la tabla VIII es
igual a:
𝐿𝑐 = (𝑁 ∗ 146 + 375)𝑚𝑚
𝐿𝑐 = 3149𝑚𝑚
De la misma forma la longitud de la cadena de retención considerando la tabla IX es igual a:
𝐿𝑐 = (𝑁 ∗ 146 + 135)𝑚𝑚
𝐿𝑐 = 2909𝑚𝑚
2.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE TORRE A UTILIZAR
Para la línea de transmisión eléctrica se ha optado por la utilización de torres de celosía auto soportadas por la razón de
que presentan características como facilidad para su transporte y armado.
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Las celosías son barras rectas que se fabrican de acero, aluminio o cualquier otro tipo de material en función de las
características que se requiera para las torres; y se interconectan formando triángulos teniendo como elemento de sujeción
tuercas y arandelas.
Existen torres de distintas alturas siendo las más comunes las de alturas tales como 24, 30, 36, 42 y 47m las cuales se
utilizan de acuerdo a la distancia del vano y por sobre todo mantengan en todo el trayecto la distancia de seguridad
garantizando así el bienestar de las personas que deban transitar por debajo de la línea.
El tipo de torre a considerar en el diseño de la línea de transmisión es de 47m de altura, tomada del fabricante
(Fabricantes Electro Mecánicos) FEM Ltda. del diseño de la línea de transmisión Paute-Cuenca a 230kV, más detalles en el
Anexo J.
2.5 HILO DE GUARDA
El hilo guarda es un conductor en la parte más alta de la torre de transmisión eléctrica, los mismos que no tienen tensión y
están conectados a la estructura metálica del soporte con una puesta a tierra de resistencia eléctrica baja.
El cable de guarda utilizado en el diseño es el tipo OPGW que tiene 10mm. de diámetro, 12 fibras, con una resistencia
mecánica de 4900 kgf de esfuerzo a la rotura.
El hilo de guarda cumple la función de proteger a la línea contra las descargas atmosféricas que se puedan suscitar en
cualquier punto del trazado de la línea y a más de ello desempeñan una función adicional la cual de transmisión de datos al
utilizarse los hilos de fibra óptica que posee en su parte central.
Fig. 26 Hilos de guarda31
2.6 PUESTA A TIERRA
Para proteger la línea de transmisión de manera adecuada es necesario contar con puestas a tierra en cada una de las torres,
para lo cual se debe tomar en cuenta las normas ANSI-IEEE Standard 142-1991 y ANSI-IEEE-80, que indican que se debe
obtener una resistencia máxima de 10 ohmios, si es necesario se deberá mejorar el terreno o incrementar el número de
varillas si la resistividad es muy elevada.
31 http://es.scribd.com/doc/15739395/Cable-de-Guarda-
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TABLA XII
REQUERIMIENTOS DE RESISTENCIA EN PUESTAS A TIERRA 32
Requerimiento Impedancia
(Ω) Resistencia Base
Máxima (Ω)
Central generadora 0 - 1.0 - - -
Central de transmisión 0 - 1.0 - - -
Subestación 0 - 2.0 - - -
Líneas de transmisión - - - 10
Líneas de distribución - - - 5
Torres de comunicación
- - - 5
El hilo de guarda y estructuras de las torres contarán con una puesta a tierra con cable de acero enchapado de cobre y
varillas cooperweld de 2,4m de longitud por 5/8” de diámetro, el cable de cobre desnudo será de 7 hilos, tipo semiduro, calibre
No. 1 AWG, será fabricado en base a las normas ASTM B2, B3 y B8 o similares.
Las varillas copperweld estarán protegidas contra la oxidación por una capa exterior de cobre permanentemente fundida al
alma de acero de 254 micras de espesor, deberán contener el conector fijo y será de cobre con perno para ajustar al conductor
de puesta a tierra.
Según las normas mencionadas con anterioridad se puede conformar diseños de puestas a tierra utilizando electrodos
verticales o electrodos horizontales.
De acuerdo con la norma IEEE STD 142, la resistencia de puesta a tierra de cualquier electrodo vertical u horizontal está
compuesta por:
- Resistencia del material del electrodo
- Resistencia del contacto entre el electrodo y el suelo
- Resistencia del suelo, que se opone al flujo de corriente desde la superficie del electrodo hacia la tierra.
Tanto las resistencia del material del electrodo y la del contacto entre el electrodo y el suelo con relativamente pequeñas
(10-4 Ω) por lo que son despreciables en el cálculo.
2.6.1 Electrodo vertical
La resistencia de conexión a tierra en un electrodo vertical está dada por la siguiente expresión:
𝑅𝑒𝑣 = (𝜌
2𝜋𝐿) [ln (
4𝐿
𝑟) − 1 ] (26)
32https://www.google.com.ec/?gfe_rd=cr&ei=dhqNU4WBPY289Aaf74CwBg#q=manual+para+el+dise%C3%B1o+y+construcci%C3%B3n
+puestas+a+tierra.pdf
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Donde,
Rev, resistencia del electrodo vertical, ohm.
ρ, resistividad del terreno, ohm/m.
L, longitud del electrodo vertical, m.
r, Radio del electrodo vertical, m.
Fig.27 Disposición vertical de electrodo de puesta a tierra 33
2.6.2 Electrodo horizontal
Para electrodos horizontales de longitud L se aplica la siguiente expresión:
𝑅𝑒ℎ = (𝜌
2𝜋𝐿) [ln (
2𝐿
𝑟) + ln (
𝐿
ℎ) − 2 +
2h
L−
ℎ2
L2 + ℎ4
2L4 ] (27)
Donde:
Reh, resistencia del electrodo horizontal, ohm.
ρ, resistividad del terreno, ohm*m.
L, longitud del electrodo horizontal, m.
r, radio del electrodo horizontal, m.
h, profundidad de enterramiento, m.
33 http://electricidad-okar.blogspot.com/2009_05_01_archive.html
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La resistividad del terreno depende de factores como el tipo de suelo, la composición química, la humedad, el efecto de la
temperatura de la región, el tamaño del grano y la compactación.
Fig.28 Disposición horizontal de electrodo de puesta a tierra 34
2.7 CÁLCULO DE LA DISTANCIA MÍNIMA DE SEGURIDAD
La distancia de seguridad vertical se considera como mínimo 6.58m de altura desde la superficie del piso hasta el punto
más bajo del conductor inferior de la terna para un nivel de tensión de 230kV, según la regulación del CONELEC 002/10,
“Regulación de distancias de seguridad” y el Código de Redes. En el presente diseño se considera una distancia de 8m lo cual
le agrega un margen de seguridad adicional y dicha distancia se mantiene a lo largo del trazado de la línea de transmisión.
La distancia de seguridad según la regulación mencionada se obtiene de:
Para tensiones superiores de 22kV hasta 470kV:
𝐷 = 𝐷𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎 + [0.01 ∗ (𝑉 − 22)]𝑚 (28)
Donde,
D, Distancia de seguridad obtenida
Dtabla, Distancia de tabla a 22kV, (4.5m)
0.01, Constante que considera el incremento de 0.01m por cada kV a partir de 22kV
𝐷 = 4.5𝑚 + [0.01 ∗ (230 − 22)]𝑚
𝐷 = 6.58𝑚
2.8 FUNDICIONES O CIMENTACIONES
Para poder determinar el tipo de cimentación para cada torre se debe realizar un estudio del suelo donde se vaya a situar la
misma y mediante ello se pueda determinar las condiciones del terreno y poder así saber si es arcilloso, rocoso, determinar su
34 http://www.tuveras.com/seguridad/tierra/tierra.htm
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nivel freático (aguas subterráneas), también determinar si el terreno posee elementos que puedan afectar las características del
concreto o a las mismas varillas de acero de la cimentación.
Los tipos de cimentaciones van asociados con el tipo de suelo por lo que a continuación se presentan recomendaciones
dadas por el American Concrete Institute (ACI):
a) Suelos con capacidad portante inferior a 0.5 kg/cm2
Son suelos muy que tienden a disminuir su volumen cuando se les somete a una presión por lo que son muy propensos a
asentamientos diferenciales y generalmente con alto nivel freático (aguas subterráneas). Para este tipo de suelos se
recomienda cimentación con pilotes, cimentación en plateas o zapatas aisladas.
b) Suelos con capacidad portante entre 0.5 kg/cm2 y 1.0 kg/cm2
Son suelos más estables y con menos riesgo de asentamientos. El diseño de la cimentación se ejecuta para el límite
inferior del rango (0.5 kg/m2). La cimentación más adecuada es la zapata aislada. Se recomienda obtener varias
combinaciones de los valores de profundidad de la cimentación contra el tamaño de la losa de apoyo, hasta encontrar la más
económica.
c) Suelos con capacidad portante entre 1.0 kg/cm2 y 2.0 kg/cm2
Constituyen el rango de capacidades portantes más frecuentes encontradas. Las cimentaciones más recomendables son:
zapatas, en sitios con presencia de nivel freático, patas de elefante, si el suelo es cohesivo y permite ejecutar una excavación
conformada.
d) Suelos con capacidad portante superior a 2.0 kg/cm2
Por lo general se encuentran en terrenos bastante escarpados, son de difícil excavación y algunos de ellos de constitución
rocosa. Las cimentaciones recomendadas son las zapatas, las patas de elefante, las parrillas o el anclaje en roca siempre y
cuando se encuentre roca sana superficial.
a. De bloque único o zapatas.
Las fundaciones de bloque único consisten en una sola base de hormigón, sobre la cual se fijarán las bases de las
torres de forma apernada. Esta fundación es usada cuando el terreno es plano pero poco resistente. Las cimentaciones de
bloque único se pueden calcular con el método de Sulzberger que es particularmente apropiado cuando el suelo presenta
resistencia lateral y de fondo con fundaciones profundas; o con el método de Mohr, que se adapta a terrenos son
resistencia lateral, con bases anchas.
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Fig.29 Fundación de bloque único 35
b. De partes separadas o patas de elefante
Cuando el terreno se muestra resistente se utiliza fundaciones de partes separadas, pues son independientes una de la
otra.
Fig.30 Fundación de partes separadas 36
c. Pilotes o anclaje en roca
Los pilotes se emplean para efectuar fundaciones en terrenos en los cuales las características resistentes se encuentran
solo "a profundidad".
35 http://www.cramelectro.com/wordpress/index.php/tag/psc-s-a/ 36 http://ingenieriaelectricaexplicada.blogspot.com/2010_02_01_archive.html
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Fig.31 Fundación de pilotes 37
2.9 CÁLCULOS MECÁNICOS
El presente diseño de línea de transmisión se realiza con la ayuda del software DLT-CAD el mismo que genera de forma
automáticamente reportes con los cálculos mecánicos y características a los que se ven expuestos las torres, conductores y
demás elementos que conforman la línea de transmisión. A continuación se explicara la definición de los parámetros
mecánicos más significativos y las fórmulas para determinar su valor. Para mayor detalle de los resultados de los parámetros
mecánicos revisar los anexos del presente proyecto donde se detallan todos los valores de catenarias, flechas, longitud de
conductor entre otros.
2.9.1 Catenaria
La catenaria no es más que la curva que describe un conductor de peso uniforme suspendido entre dos soportes ya sea al
mismo o diferente nivel de altura.
Fig. 32Catenaria38
El cálculo de la catenaria se realiza mediante la siguiente fórmula:
C = To/Wc (29)
Dónde:
37 http://www.elconstructorcivil.com/2011/02/tipos-de-pilotes-y-su-capacidad-de.html 38 http://dc406.4shared.com/doc/6oBBlp-X/preview.html
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C = Parámetro de catenaria en m.
To = Tiro en cualquier punto del conductor (kg)
Wc = Peso unitario del conductor (kg/m)
2.9.2 Longitud del conductor
La longitud del conductor se puede calcular mediante la siguiente formula:
L = 2 ∗ C ∗ senh(a ∗ 2C) (30)
Dónde:
L = Longitud del conductor (m)
C= Parámetro de la catenaria (m)
a = Vano (m)
Senh = Seno hiperbólico
2.9.3 Flecha
En líneas de transmisión eléctrica el parámetro flecha hace referencia a la máxima distancia vertical que existe entre el
conductor y el segmento que une los extremos del mismo tal como se puede apreciar en la siguiente figura.
Fig. 33 Flecha del conductor39
La fórmula utilizada para el cálculo de la flecha es la siguiente:
f = a2/8𝐶 (31)
Dónde:
39 http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_electrica_y_electronica/conductoreselectricos/default3.asp
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a = Longitud del vano (m)
C = Parámetro de la catenaria (m)
2.9.4 Tiro del conductor
El valor de tensión al cual está sometido cualquier punto del conductor se denomina tiro y se expresa en kg. Al conocer el
valor del tiro ya sea en cualquier parte de conductor o en sus extremos se podrá saber la tensión longitudinal máxima a la cual
se verá sometidos los soportes.
Tx = To ∗ cosh (X
C) (32)
Tv = (Wc ∗ L)/2 (33)
Dónde:
To = Tiro en cualquier punto del conductor (kg)
Tx = Tiro en el punto de la abscisa X
Tv = Tiro vertical
X = Abscisa
C = Parámetro de la catenaria (m)
Cosh = Coseno hiperbólico
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- 39 -
III. DISEÑO ASISTIDO POR SOFTWARE DLT-CAD
3.1 IMPLEMENTACIÓN DE CONFIGURACIONES NECESARIAS
PARA EL DISEÑO DE LA LÍNEA DE TRANSMISIÓN EN EL
SOFTWARE DLT-CAD
Se ha elegido el software DLT-CAD como herramienta de diseño para la línea de transmisión eléctrica ya que este
permitirá obtener datos acertados de manera inmediata y tener la posibilidad de simular los efectos que tendría en el
conductor si las torres serian de mayor o menor altura, o si los vanos fueran de mayor o menor distancia. Para ello a
continuación se explica procedimiento a seguir para ingresar los datos necesarios y las respectivas configuraciones que se
debe realizar en el software para la obtención del diseño de la línea de transmisión.
3.1.1 Puntos georefenciados
Lo primero que solicita el software es el ingreso de las coordenadas georeferenciadas obtenidas con la ayuda de un equipo
GPS. Para el presente diseño las coordenadas a utilizar se han obtenido del proyecto “Línea de Transmisión Cuenca-Loja a
138 kV y montaje del segundo circuito” el cual está disponible y se extrajo de la página web de Transelectric.
Las coordenadas están en un formato en el cual disponemos de ESTE, NORTE, ALTURA para lo cual se debe generar un
archivo con extensión “*.utm” con la ayuda del “Bloc de Notas” como se puede apreciar en la siguiente imagen.
Fig. 34 Coordenadas UTM40
40 http://www.transelectric.com.ec/transelectric_portal/files/03%20descripcion%20del%20proyecto_lt%20cuenca-loja.pdf
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Para cargar las coordenadas al software debe dar un clic en el botón de abrir y seleccionar el archivo *.utm generado e
inmediatamente aparecerá una ventana igual a la que se muestra en la siguiente imagen.
Fig. 35 Datos topográficos coordenadas UTM
Donde solo damos clic en continuar y los puntos cargados aparecerán en la pantalla tal como se puede apreciar en la
siguiente figura para proceder a trazar la ruta de línea con la ayuda de “Editar Perfil TPG” opción “Trazar Ruta de LT”
ubicado en la barra de herramientas, obteniendo un resultado tal como se muestra en la figura 37.
Fig. 36 Puntos GPS
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Fig. 37 Ruta de línea
Una vez trazada la ruta de línea se procede a generar el perfil topográfico en el presente caso corresponde al tramo 3 el
cual inicia en el cantón Saraguro (izquierda) hasta la subestación Loja ubicada en la parroquia Sucre en la provincia de Loja
(derecha).
Para generar el perfil antes mencionado se debe utilizar la opción “Editar Perfil TPG” opción “Calcular Perfil TPG” ubicado
en la barra de herramientas y el resultado será el que se la figura siguiente.
Fig. 38 Perfil Topográfico
3.1.2 Configuraciones generales del software
Con el perfil topográfico listo se procede a configurar los datos básicos del diseño como nivel de tensión, potencia, tipo de
terna y demás datos solicitados en cada una de las pestañas de la configuración general del software DLT-CAD el cual se
encuentra ubicado en la barra de herramientas del software. Los parámetros más relevantes que se deben configurar se
presentan a continuación y seguido de ello con la figura correspondiente donde se muestra la interfaz que presenta DLT-CAD
para el ingreso de estos datos:
Nivel de tensión: 230kV (Nivel de tensión nominal)
Potencia nominal: 99.5MVA (Potencia máxima de transmisión)
Frecuencia de la red: 60Hz (Frecuencia de la red, 60Hz Latinoamérica)
Distancia mínima a terreno: 8m (Calculada anteriormente)
Distancia mínima lateral: 6m (Calculada anteriormente)
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Conductores de fase: 3F doble terna (Diseño de doble circuito trifásico)
Conductor de guarda: 1 cable de guarda (Conductor de protección)
Conductor de neutro: Sin neutro corrido
Conductor secundario: Sin conductor
N° Conductores por fase: Simplex 1Cond. (Un conductor por cada fase)
Los demás parámetros son considerados en base al manual de DLTCAD.
Fig. 39 Configuraciones Generales, Diseño
Vano mínimo: 100m (Distancia mínima entre soportes)
Vano máximo: 800m (Distancia máxima entre soportes)
Distancia entre anclajes: 2000m (Distancia recomendada para armados de retención o anclajes)
Fig. 40 Configuraciones Generales, Consideraciones
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La figura siguiente muestra las opciones que tiene el diseñador para seleccionar que datos desea que se le vaya mostrando
paso a paso mientras se va ordenando las torres en el software.
Fig. 41 Configuraciones Generales, Gráfico
K de presión de viento: 0.00482 (Valor recomendado por el manual de DLTCAD para 3000msnm)
K de presión de hielo: 0.00290 (Valor recomendado por el manual de DLTCAD para 3000msnm)
Peso operario: 100kg (Recomendado cuando no se consideran cargas adicionales)
Peso adicional: 10kg (Recomendado cuando no se consideran cargas adicionales)
Distancia entre conductores: Factor de espaciamiento adicional del 20% al determinado 6m.
Coef. Aerodinámico aislador: 1.25 (Recomendado para cadenas de aisladores)
Peso del contrapeso: 25kg (Recomendado para cadenas de aisladores)
Peso de polea: 15kg (Recomendado para cadenas de aisladores)
Peso de cadena: 134kg (Obtenido del peso unitario del aislador por el número de aisladores calculados)
Longitud de cadena: 3.14m (Calculado con anterioridad)
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Fig. 42 Configuraciones Generales, Cálculos Varios
Configuraciones de planimetría como escalas, anchos de márgenes, entre otras.
Fig. 43 Configuraciones Generales, Planos de Perfil
Temperatura mínima: -10°C (Recomendada por el manual de DLTCAD para 3000msnm)
Temperatura media: 20°C (Obtenida del Atlas solar del CONELEC)
Temperatura máxima: 30°C (Obtenida del Atlas solar del CONELEC)
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Viento máximo: 60km/h (Recomendada por el manual de DLTCAD para 3000msnm)
Espesor de hielo Max. 3mm (Recomendada por el manual de DLTCAD para 3000msnm)
Fig. 44 Configuraciones Generales, Condiciones Ambientales
Datos informativos del diseño.
Fig. 45 Configuraciones Generales, Proyecto
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3.1.3 Conductores
El software permite seleccionar el tipo de conductor que se desea utilizar en el diseño y para ello se debe seleccionar la
opción “Base de Datos” ubicado opción “BD Conductores” apareciendo una interfaz que permite buscar el conductor
requerido y verificar que exista en la base de datos del software. En la siguiente imagen se puede apreciar la ventana que
aparecerá al dar clic en la opción antes mencionada y los datos que aparecerán al escoger el conductor DRAKE que es el
conductor con el cual se realizara el diseño de línea y los cuales se detallan a continuación.
Nombre: DRAKE
Tipo: ACSR
Sección: 468mm2
Diámetro exterior: 21.14mm
No. de hilos: 33
Hilos de acero: 7
Hilos de aluminio: 6
Peso unitario: 1.597kg/m
Tiro de rotura: 14011.87kg
Fig. 46Tabla de Datos de Conductores
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3.1.4 Hilo de guarda
El cual se lo encuentra en la misma base de datos de conductores antes explicada. A continuación se detalla las
características principales del cable y seguido la forma en la que se visualizara la interfaz gráfica.
Nombre: OPGW-10
Tipo: Otros
Sección: 98.26mm2
Diámetro exterior: 13.40mm
No. de hilos: 24
Peso unitario: 0.535kg/m
Tiro de rotura: 8354kg
Fig. 47 Tabla de Datos de Conductores Cable OPGW-10
3.1.5 Aisladores
Para realizar las configuraciones de los aisladores se debe utilizar “Base de datos” opción a “BD Aisladores” ubicado en la
barra de herramientas del software. En donde se debe configurar las cadenas de aisladores de acuerdo a las siguientes
características:
Nombre: NIEBLA (HOR para retención y VER para suspensión)
Tipo de material: Porcelana
Tipo de aislador: Rígido (Horizontal para retención y vertical para suspensión)
Longitud conjunto: 2.902m para suspensión y 3.104m para retención
Ángulo de inclinación: 20° (Recomendado por el manual de DLTCAD para aisladores de porcelana)
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No. de unidades: 19 para suspensión 20 para retención
Peso conjunto: 142.3kg para suspensión y 149kg para retención
Diámetro de unidad: 280mm (Referirse a la hoja de datos del fabricante)
Longitud de fuga: 445mm (Referirse a la hoja de datos del fabricante)
Fig. 48 Tabla de Datos de Conductores
3.1.6 Soportes
Los soportes a utilizar para el diseño son torres de celosía como ya se había mencionado con anterioridad, las cuales
poseen alturas, pesos y características propias y deben ser añadidas a la base de datos del software con la ayuda de “Base de
Datos” opción “BD Soportes” como se muestra en la siguiente imagen y para el presente caso se ha optado por utilizar torres
de 47m detalles que se presentan a continuación y deben ser ingresados a la base de datos del software.
Altura total: 47m
Lado recto de la cabeza: 2m
Lado recto de la base: 7.69m
Peso: 9400kg
Carga de rotura: 3500kg
Detalles constructivos referirse al anexo J.
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Fig. 49 Tabla de Datos de Conductores
3.1.7 Armados
Debido a las irregularidades del terreno las estructuras o armados que se montaran en cada torre serán de suspensión o
tangente, suspensión reforzada, anclaje o retención y anclaje terminal para el ingreso de los armados se hace mediante “Base
de Datos” opción “BD Armados” que se encuentra en la barra de herramientas.
3.1.7.1 Suspensión o tangente
En este tipo de armado las fuerzas o tensiones longitudinales son mínimas ya que se utilizan en tramos rectos de la línea
siendo su fin primordial el soportar el peso de los conductores, herrajes y aisladores y los vientos transversales que se den en
la zona que se encuentren ubicados, en otras palabras son armados de paso.
Función típica: Pasante
Ubicación típica: Alineamiento
Terna 1 y terna 2: Se disponen las coordenadas rectangulares de acuerdo a las distancias entre fases en metros, ubicando el
origen en la intersección del eje X y Y.
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Fig.50 Armado de Tipo Suspensión DLT-CAD
Cable de guarda: X y Y coordenadas rectangulares respecto al origen.
Fig. 51 Otros Conductores Armado de Suspensión
Terna 1: NIEBLA VER (Cadena de aisladores para este tipo de armado)
Terna 2: NIEBLA VER (Cadena de aisladores para este tipo de armado)
Fig. 52 Accesorios Armado de Suspensión
Vano viento: 200m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano peso: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano adelante típico: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
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Ang. mínimo de línea: 0° (Ángulo mínimo dispuesto para este tipo de armado)
Ang. mánimo de línea: 5° (Ángulo máximo dispuesto para este tipo de armado)
Oscilacion de cadena: 60° (Máximo valor de oscilacion de la cadena de aislamiento)
Fig. 53 Prestaciones Armado de Suspensión
3.1.7.2 Suspensión reforzada o tangente reforzada
El armado de suspensión reforzada es utilizado en tramos donde el ángulo de inclinación no es muy significativo y las
fuerzas longitudinales son mínimas siendo este tipo de solo para soportar el peso de los herrajes, aisladores y conductores.
Función típica: Pasante
Ubicación típica: Angular
Terna 1 y terna 2: Se disponen las coordenadas rectangulares de acuerdo a las distancias entre fases en metros, ubicando el
origen en la intersección del eje X y Y.
Fig. 54 Armado Suspensión Reforzada DLT-CAD
Vano viento: 200m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano peso: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano adelante típico: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
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Ang. mínimo de línea: -20° (Ángulo mínimo dispuesto para este tipo de armado)
Ang. mánimo de línea: 20° (Ángulo máximo dispuesto para este tipo de armado)
Oscilacion de cadena: 60° (Máximo valor de oscilacion de la cadena de aislamiento)
Fig. 55 Prestaciones Suspensión Reforzada
Las configuraciones de hilo de guarda y aisladores para este armado son las mismas que en armado de suspensión.
3.1.7.3 Anclaje o retención
Al igual que los dos armados anteriores este tipo de armado también soportan los herrajes, aisladores y conductores pero a
más de ello aquí existen cargas transversales producidas por los cables que llegan y salen de la torre y por ende es donde la
línea tiene un cambio de dirección. Los tipos de torres de anclaje son mucho más robustas que las torres en donde van los
armados de suspensión.
Función típica: Anclaje
Ubicación típica: Angular
Terna 1 y terna 2: Se disponen las coordenadas rectangulares de acuerdo a las distancias entre fases en metros, ubicando el
origen en la intersección del eje X y Y.
Fig. 56 Armado de Retención DLT-CAD
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Terna 1: NIEBLA HOR (Cadena de aisladores para este tipo de armado)
Terna 2: NIEBLA HOR (Cadena de aisladores para este tipo de armado)
Fig. 57 Accesorios Armado de Retención
Vano viento: 200m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano peso: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano adelante típico: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Ang. mínimo de línea: 0° (Ángulo mínimo dispuesto para este tipo de armado)
Ang. mánimo de línea: 5° (Ángulo máximo dispuesto para este tipo de armado)
Fig. 58 Prestaciones Armados de Retención
3.1.7.4 Anclaje terminal o retención terminal
Este tipo de armado se coloca al inicio y al final de la línea y soportan cargas o tensiones longitudinales muy grandes por
lo que las torres donde van estos armados son las más robustas de toda la línea.
Función típica: Anclaje
Ubicación típica: Terminal
Terna 1 y terna 2: Se disponen las coordenadas rectangulares de acuerdo a las distancias entre fases en metros, ubicando el
origen en la intersección del eje X y Y.
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Fig. 59 Armado de Retención Terminal DLT-CAD
Vano viento: 200m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano peso: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Vano adelante típico: 300m (Valor típico recomendado por el manual de DLTCAD)
Ang. mínimo de línea: 0° (Ángulo mínimo dispuesto para este tipo de armado)
Ang. mánimo de línea: 5° (Ángulo máximo dispuesto para este tipo de armado)
Fig. 60 Prestaciones Armado Anclaje Terminal DLT-CAD
Las configuraciones de hilo de guarda y aisladores para este armado son las mismas que del armado de retención.
3.2 CORRECCIONES DEL DISEÑO
Después de haber culminado ya todas las configuraciones en el software DLT-CAD resta generar el diseño, es decir hacer
visible y manipulable las torres, conductores y demás accesorios para poder así corregir el mismo ya sea incrementando la
distancia entre vanos, altura y características de cada torre de acuerdo al lugar donde se encuentre situado, lo cual se explica a
continuación.
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3.2.1 Distribución automática
El software presenta una opción en su barra de herramientas la cual es “Distribución” y después “Distribución
Automática” que se puede apreciar en la siguiente imagen.
Fig. 61 Opción Distribución Automática
Al momento de hacer un clic sobre esta opción el software distribuirá las torres y realizara un tendido del conductor en
todo el trayecto del perfil basado en las características que previamente se configuró en el software como tipo de torres,
conductores, aisladores, etc. obtenido un resultado parecido al de la siguiente imagen.
Fig. 62 Diseño previo DLT-CAD
Como se puede apreciar en la imagen anterior al utilizar esta opción del software genera un diseño, pero en cual existen
muchos errores tales como la flecha de color rojo o el símbolo parecido a un rayo que se encuentra ubicado al lado izquierdo
en la figura 48 en donde se indica que el conductor sufriría una rotura del mismo debido a que el vano es demasiado extenso
entre las torres implicadas. Por ello se deben corregir estos errores de forma manual.
3.2.2 Editar torres
3.2.2.1 Desplazamiento de torres
Para poder desplazar una torre incrementando o disminuyendo la distancia de un vano en el software DLT-CAD, se debe
realizar un acercamiento al diseño y dar un clic derecho de nuestro mouse en cualquier parte de la área de diseño del software
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y se desplegara así el menú de diseño y dentro el seleccionar la opción “Mover con Mouse” y seguido la opción “Arrastra
Soporte” lo cual habilitara al mouse para poder mover cada torre.
Una vez se tenga seleccionado la opción “Arrastra Soporte” se debe situar el puntero del mouse sobre la torre que se
desee mover y dar un clic izquierdo y mantenerlo así mientras se desplaza el mouse en la dirección deseada y dejar de
presionar cuando la torre seleccionada se encuentre en la posición requerida para el diseño. En la siguiente imagen se puede
apreciar la opción “Arrastra Soporte”.
Fig. 63 Opción Arrastra Soporte DLT-CAD
3.2.2.2 Características de las torres
Para modificar las características propias de cada torre el software permite hacerlo desde la opción que existe en el menú
de diseño el cual se despliega al hacer un clic derecho en el área de diseño del software y escoger la opción “Editar” y luego
la opción “Edit Estructura” tal como se muestra en la siguiente imagen.
Fig. 64 Opción Edit Estructura DLT-CAD
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Al hacer clic en la opción antes mencionada el puntero del mouse cambiara de forma a una parecida como torre, señal de
que se ha activado la propiedad para modificar las caracterísitcas de las mismas, lo cual se hace situado el puntero sobre la
torre deseada y dar un clic izquierdo desplegando así la ventana de características en donde se puede modificar la altura, tipo
de soporte, tipo de estructura, puestas a tierra, tipo de cimentación, retenciones, etc. tal como se muetra en las siguientes
imágenes.
Fig. 65 Modificación de altura
Fig. 66 Modificación Tipo de Soporte
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Fig. 67 Modificación Tipo Estructura
3.2.2.3 Eliminar e Insertar Estructuras
Para poder eliminar o insertar una estructura se debe recurrir al menú de diseño que se generan a partir de dar un clic
derecho del mouse en cualquier parte del área de diseño y seleccionar ya sea la opción “Insertar estructura” o “Eliminar
estructura” dependiendo de la necesidad que se tenga.
Si se escoge la opción “Insertar Estructura” la forma de agregar una nueva será con solo situar el puntero del mouse en
medio del vano donde se requiera una estructura adicional y dar un clic izquierdo e inmediatamente aparecerá una nueva
estructura y si la opción escogida fuese la de “Eliminar Estructura” la forma de eliminar una de ellas bastara con solo situar el
puntero del mouse sobre la torre o estructura que este demás y dar un clic izquierdo y dicha estructura desaparecerá. En la
siguiente imagen se aprecia la ubicación de las dos opciones explicadas.
Fig. 68 Eliminar e Insertar Estructura
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3.2.3 Amortiguadores
Para agregar los amortiguadores al diseño se realizara con la ayuda de la opción “Herramientas” y luego en “Distribuye
Amortiguadores” tal como se puede observar en la siguiente imagen.
Fig. 69 Distribuye Amortiguadores
3.2.4 Puestas a Tierra
Para agregar las puestas a tierra en el diseño se debe utilizar de la opción “Herramientas” y luego a la opción “Distribuir
Puestas a Tierra (PAT)” la cual se encuentra ubicada en la parte superior tal como se observar en la siguiente imagen.
Fig. 70 Distribuir Puestas a Tierra (PAT)
Al hacer un clic en esta opción aparecerá una ventana en donde se configurara las condiciones de las puestas a tierra tales
como en que torre se desea que inicie la distribución, el tipo de puesta a tierra y los intervalos es decir cada cuantas torres ira
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otra puesta a tierra o la opción de colocarlas en todas las estructuras como es el caso del presente diseño que tiene puestas a
tierra en todas las torres. En la siguiente imagen se aprecia la ventana de configuración de las puestas a tierra.
Fig.71 Tabla de Distribución de Puestas a Tierra
3.2.5 Diseño final en DLT-CAD
Una vez concluidas las correcciones respectivas en todo el trayecto del diseño de línea de transmisión, se tendrá como
resultado el diseño final del cual se extraerán los reportes que genera el software en donde se encuentra toda la información
del diseño. En la siguiente imagen se aprecia una parte del diseño final de la línea de transmisión Cuenca-Loja tramo 3.
Fig. 72 Diseño Final
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IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Una vez finalizado el diseño de la línea de transmisión se procederá a la generación de reportes desde el software DLT-
CAD, los cuales consisten en hojas de materiales, planos y demás anexos y conjuntamente con los cálculos realizados
anteriormente y el propio diseño a continuación se realizara un análisis de los resultados obtenidos.
4.1 TENSION DE ROTURA DEL CONDUCTOR
El esfuerzo mecánico máximo del conductor en el diseño de la línea referido es los reportes generados del software es de
29237N que equivale a 2380 kgf, por lo que al comparar con la resistencia a la ruptura del conductor Drake que según la hoja
de datos del mismo es de 14290kgf soportando así los esfuerzos propios del trazado de la línea, lo cual indica que el
conductor está trabajando a un 16.65% de su capacidad antes de la tensión de ruptura del mismo. Según la norma Cubana 94-
02 las tensiones máximas admisibles con respecto a la tensión de ruptura se muestran en la siguiente tabla:
TABLA XIII
TENSIÓN ADMISIBLE MÁXIMA A LA ROTURA
TIPO DE CONDUCTOR
Tensión admisible a carga máxima
(% de la Tensión de rotura)
Tensión admisible a temperatura media sin viento
(% de la Tensión de rotura)
Aluminio, aleaciones de aluminio y acero aluminio con secciones de:
Hasta 95 mm2
40
30
120 mm2 y mayores 45 30
Cobre y acero de todas las secciones
50
35
Por referencia de la tabla anterior se evidencia que el conductor está dentro del rango de carga máxima admitida por la
norma Cubana 94-02.
4.2 TENSION DE ROTURA DEL AISLADOR
De la misma manera de los reportes de DLT-CAD se tiene que el esfuerzo mecánico máximo al cual está expuesta la línea
es de 29,237 kN que al compararse con el dato de tabla del aislador de resistencia de ruptura del aislador que es de 120 kN, lo
cual indica como resultado que el aislador empleado soporta los requerimientos mecánicos de la línea. En la publicación de la
norma Cubana 94-02 se muestra dichos factores a considerar:
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TABLA XIV
FACTOR DE SEGURIDAD MECÁNICA EN AISLADORES
ELEMENTO
Con carga externa máxima
A temperatura media, sin carga externa
En régimen de avería
Herrajes en cadenas de aislamiento
2 2.5 2.7
Aisladores de alfiler y pedestal
2 2.5 1.3
Aisladores tipo disco y aisladores de bola para neutros
2.5
3
1.8
Aisladores de bola en tensores - 2.5 1.7
La condición de avería es la que menciona al factor de seguridad mayor, en este caso la resistencia del aislador tiene la
capacidad suficiente de soportar esta exigencia mecánica.
4.3 EFICIENCIA DE LA LÍNEA
Ya que en el presente diseño se utiliza el conductor Drake el cual está sobredimensionado con respecto a los cálculos de
corriente y caída de tensión realizados anteriormente y en donde la razón del sobredimensionamiento radica en que para
líneas de trasmisión se recomienda el uso de conductores de sección superior ya que debe soportar los esfuerzos mecánicos
que se dan con la existencia de vanos muy extensos siendo esta y el efecto capacitivo que existe en líneas de gran distancia lo
cual en los cálculos eléctricos dio a conocer que la presente línea de transmisión tiene una eficiencia de 99,10%.
4.4 DISTANCIA DE SEGURIDAD VERTICAL
La distancia de seguridad vertical se considera desde el punto más bajo de la catenaria que dibuja el conductor en cada
vano hasta el punto más alto del terreno de las distintitas coordenadas del perfil topográfico, por ello efectuando el cálculo
respectivo se obtuvo un resultado de 7,11m, por lo tanto en el diseño se consideró la distancia de 8 m para la distancia de
seguridad. En la siguiente imagen se aprecia de mejor manera lo antes explicado.
Fig. 73 Distancia de Seguridad Vertical
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En la imagen se puede observar un corte del total de la línea de trasmisión en donde la flecha de color azul apunta a la
línea del perfil topográfico y otra flecha de color rojo que apunta a la línea entrecortada representado esta ultima el nivel
mínimo hasta el que puede pandearse la catenaria del conductor en cada vano. Significando el espacio comprendido entre las
dos líneas antes mencionadas la distancia de seguridad vertical que existe en todo el trayecto de la línea de transmisión.
4.5 TOTAL DE TORRES POR EL TIPO DE ARMADO
En la siguiente tabla extraída del reporte de resumen de materiales de DLT-CAD se puede apreciar el detalle de las
cantidades de torres clasificadas de acuerdo al armado que va en cada una de ellas, en donde se puede apreciar que el armado
que más se ha utilizado es el de retención debido a que ello posibilita conseguir vanos de mayor distancia.
TABLA XV
TORRES POR EL TIPO DE ARMADO
ESTRUCTURAS
Descripción Cantidad
RETENCION 68
SUSPENSION 52
SUSPENSION REF 17
RETENCION TER 1
TOTAL : 138
Lo cual indica que se requiere de 138 torres de 47m de altura para lo que comprende el tramo 3 del diseño de línea.
4.6 TOTAL DE AISLADORES POR EL TIPO DE ARMADO
Una vez conocido las cantidades de torres por el tipo de armados se puede también determinar la cantidad de aisladores
requeridos para el diseño de línea de transmisión lo cual se seria de la siguiente manera.
TABLA XVI
AISLADORES POR TIPO DE ARMADO
AISLADORES
Descripción Cantidad
RETENCION 8160
SUSPENSION 5928
SUSPENSION REF 1938
RETENCION TER 120
TOTAL : 16146
Lo cual indica que se requiere de 16146 aisladores tipo NIEBLA para lo que comprende el tramo 3 del diseño de línea.
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4.7 VANO PROMEDIO
En el diseño de la línea de transmisión se puede apreciar que existen vanos de 300, 350,400m por lo que para tener un dato
referencial del vano promedio que se mantiene a lo largo de la línea de transmisión nos ayudaremos del reporte de ubicación
de estructuras generado desde el software DLT-CAD.
El vano promedio que se mantiene a lo largo de la línea es de 394 m, lo cual indica que se requerirán menor cantidad de
soportes, menor cantidad de estructuras entre otras.
4.8 SOPORTES
A lo largo del recorrido del diseño de la línea de transmisión se han utilizado torres de 47 m de altura debido a que
cumplen con las resistencias a la tracción del conductor, y también por las características propias del terreno, para mayor
detalle de la torre empleada en su forma constructiva revisar el anexo J.
4.9 CONDUCTORES
De acuerdo a los resultados obtenidos de los reportes del software DLT-CAD se puede conocer en su totalidad la cantidad
del conductor requerido para el presente diseño tanto de las ternas que es el conductor DRAKE, como del hilo de guarda que
es tipo OPGW-10, a continuación se detallas las cantidades.
TABLA XVII
TORRES POR EL TIPO DE ARMADO
CONDUCTORES
Descripción Cantidad(m)
DRAKE 325.785.930
OPGW-10 54.175.344
TOTAL : 379961,27
Significando este un indicador muy útil ya que conoce las cantidades exactas de cada tipo de conductor pero cabe recalcar
que estas cantidades solo comprenden al tramo 3 del diseño de línea.
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CONCLUSIONES
Al realizar el diseño de la línea de transmisión Cuenca- Loja en su tercer tramo a un nivel
de tensión nominal de 230 kV a doble terna se aporta con un modelo a seguir para futuros
diseños de transmisión de energía electica que se pretendan realizar en el país, y del cual se
concluye lo siguiente:
Al utilizar el conductor Drake por motivos de que este soporta mayores esfuerzos
mecánicos, la línea de transmisión se sobredimensiono por ello se obtuvo una eficiencia del
99.10% y la obtención de vanos de hasta 400m de distancia.
Los aisladores utilizados en las cadenas tanto de suspensión como de retención son de
porcelana tipo niebla en todo el tendido de la línea de transmisión consiguiendo con ello tener
un elevado nivel de confiabilidad de que los aisladores soportaran los esfuerzos mecánicos a
los cuales se vea sometido por el conductor y las condiciones climáticas propias de cada zona.
Luego de la investigación realizada se puede afirmar que para cada torre el tipo de
cimentación varia debido a que no todos los suelos presentan las mismas condiciones, y es por
ello que no se puede dar un tipo en específico de cimentación a utilizarse para el presente
diseño de línea de transmisión.
Las puestas a tierra deben tener como máximo una resistencia de 10 ohmios como ya se
había explicado con anterioridad, razón por la cual que la puesta a tierra que se seleccione
para cada torre debe garantizar dicho nivel, significando así evitar posibles accidentes en
donde existan pérdidas materiales o peor aún pérdidas humanas y al mismo tiempo conseguir
un nivel alto de operación de la línea sin salidas de servicio por descargas atmosféricas.
Las torres utilizadas en el diseño tienen una altura de 47m en todo el tendido de la línea lo
cual aporto de manera significativa para lograr vanos de mayor distancia, y a más de ello
garantizar que la distancia de seguridad mínima.
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RECOMENDACIONES
Si bien con el conductor Drake tipo ACSR se consiguieron vanos aceptables de un
promedio de 400m de longitud estos se pueden mejorar y alcanzar distancia mayores al
utilizar un conductor más liviano como lo son de tipo ACAR los cuales también se usan para
transmisión de energía eléctrica.
De la misma manera para el cálculo del aislador se recomienda hacer un estudio sobre las
características de contaminación, densidad de humedad, nivel isoceráunico, para que a través
de ello se pueda elegir el aislador adecuado para cada tipo de zona por la que cruce la línea de
transmisión eléctrica.
Para lo que comprende a cimentaciones y puestas a tierra de las torres no es posible
afirmar o dar un estándar único de tipo de cimentación o puesta a tierra ya que no todos los
terrenos poseen las mismas características, por ello tanto el estudio de suelos para
cimentaciones como para puestas a tierra se recomienda realizar de forma paralela
optimizando así tiempos y poder obtener los resultados necesarios de manera óptima y definir
así la manera más adecuada de realizar tanto las cimentaciones como las puestas a tierra y de
ser necesario para las puestas a tierra realizar un mejoramiento de las condiciones de
resistividad con aditamentos adecuados para ello y garantizar de esa manera un plantado
confiable y una puesta a tierra que garantice como máximo una resistencia de 10 Ohmios
como dice la norma ANSI-IEEE Standard 142-1991 y ANSI-IEEE-80.
La distancia de seguridad garantiza en un buen margen la seguridad de las personas, pero
para evitar posibles accidentes se recomienda realizar un análisis de la trayectoria que tendrá
la línea para que en lo posible se evite pasar por zonas pobladas.
Las elementos de la línea de transmisión requieren de un mantenimiento preventivo el
cual garantice su funcionalidad de manera óptima, por ello se recomienda realizar una
limpieza de aisladores, una revisión de la tracción de los pernos, verificación del galvanizado
de la torre, entre otros. La constancia con la que se deba realizar los mantenimientos a las
torres y demás elementos de la línea lo determinara el tipo de zona en la que esté ubicada la
torre, es decir nivel de contaminación, polución, etc.
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Al momento de realizar un proyecto en el software DLT-CAD se recomienda seguir los
pasos en el orden que se indica en el presente trabajo de investigación para garantizar que los
resultados que se obtengan sean los deseados.
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