ASPECTOS METODOLGICOS PARA LA REPOTENCIACIN DE LAS LNEAS DE TRANSMISIN DE LA COMISIN FEDERAL DE ELECTRICIDAD

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Ante

las limitaciones econmicas y las constantes restricciones financieras, es necesario que los sistemas de transmisin de las empresas elctricas tengan nuevos enfoques, no slo en los aspectos conceptuales de diseo, sino tambin en sus ndices de desempeo y la incorporacin de nuevas tecnologas que los hagan ms eficientes en su operacin y econmicos en su diseo. Una forma de lograr esto es incorporando el concepto de: Repotenciacin de las lneas de transmisin y de las Subestaciones transformadoras). elctricas (estaciones2

En este trabajo se hace una revisin de los principales conceptos a considerar para la repotenciacin de las lneas de transmisin o transporte, y en base a esto, se plantean los aspectos metodolgicos a considerar como un concepto general. La situacin energtica a nivel mundial, y Mxico no es la excepcin,... ...se encuentra envuelta bajo la combinacin de distintos factores que la pueden someter eventualmente a situaciones de crisis. Dentro de los factores dominantes se pueden mencionarlos siguientes: y costos de los recursos Limitaciones energticos. Problemas ambientales. Nuevos desarrollos tecnolgicos. Aspectos econmicos y financieros.

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Debido a que los sistemas de transmisin Constituyen una parte importante en un Sistema Elctrico de Potencia, cualquiera que sea la modalidad (regulado o desregulado), se considera que es importante, entre otras cosas, una cuidadosa revisin de las condiciones actuales y futuras de la red en trminos de las posibilidades tcnicas y econmicas, y del papel que va a desempear la Red de Transmisin para los prximos 10 a 30 aos.

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De manera que no slo se analice la conveniencia de modernizar la red actual, sino tambin se considere la planeacin en el largo plazo, incluyendo algunos factores posibles, como: El desplazamiento intensivo del uso de la energa elctrica entre reas del pas o de un pas a otro, de las reas densamente pobladas en la actualidad a otras poco pobladas. El desarrollo de las reas no explotadas, puede requerir de grandes cantidades de energa elctrica para su suministro. El desarrollo de las tecnologas de generacin de la energa elctrica por los mtodos convencionales (ciclos combinados, carbn, hidroelctricas, combustleo, nuclear). La incorporacin de productores independientes, auto

abastecedores,

cogeneradores

y

la

generacin5

El desplazamiento intensivo del uso de la energa elctrica entre: reas del pas o de un pas a otro, de las reas densamente pobladas en La incorporacin de la actualidad a otras poco El desarrollo de las productores pobladas. reas no independientes, explotadas, puede auto abastecedores, requerir de grandes cogeneradores y la cantidades de generacin distribuida. energa elctrica para su suministro. El desarrollo de las tecnologas de generacin de la energa elctrica por los mtodos convencionales (ciclos combinados, carbn, hidroelctricas, combustleo,

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La complementada con la dificultad de obtener nuevos derechos de va (paso), plantean la factibilidad de que repotenciar la capacidad de las actuales lneas de transmisin sea un elemento importante a considerar. Las opciones posibles a considerar La instalacin de conductores de mayor contemplan: seccin o calibre en las estructuras existentes. El incremento en los voltajes de operacin. El cambio de conductores a otros de mayor capacidad de conduccin de corriente. La modificacin del nmero de conductores de fase. El incremento en la temperatura de7

LA MODERNIZACIN DEL SISTEMA DE TRANSMISIN creciente demanda de energa elctrica,

El incremento en la confiabilidad y la calidad de la transmisin.

O bien, una combinacin de las anteriores.Algunas consideraciones que se deben hacer en la repotenciacin de lneas El Sistema de Transmisin de la Comisin Federal de Electricidad se encuentra en la posicin de que se revise la conveniencia de repotenciar las lneas de transmisin crticas a un valor mayor de transferencia de potencia o de confiabilidad. Una vez que esta necesidad sea reconocida, una alternativa a ser considerada es determinar si una lnea existente debe ser modificada o no,para satisfacer los nuevos requerimientos del sistema.8

En muchos casos, la lnea existente puedeser repotenciada, pero una decisin rpida puede resultar una solucin temporal y costosa a un problema de carga en el sistema, que pudiera requerir de soluciones de largo plazo. ada lnea de transmisin que se pretenda repotenciar se debe evaluar desde el punto de vista de su impacto en la confiabilidad y en los criterios de planeacin, por lo que:

C

...la primera herramienta para este tipo de evaluacin es un estudio de flujos de carga del sistema, que considere: el caso base, las condiciones de mxima y mnima demanda, as como algunas contingencias probables y representativas; todo esto en forma estacional.

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Adicionalmente,

se deben hacer algunos anlisis bsicos sobre el diseo de las lneas de transmisin, como: el clculo de parmetros, los clculos de capacidad de transmisin (por potencia natural y lmite trmico), la cada de voltaje, la potencia reactiva y La las prdidas elctricas.conductores se puede ampacidad de los determinar de varias fuentes, como son: los catlogos de fabricantes y otras publicaciones. Se deben definir tambin: los lmites mximos de operacin dados, ciertas temperaturas ambiente y condiciones de viento. Considerando por supuesto la seguridad operativa.

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Usando uno o ms de los tipos de anlisis descritos antes, se deben definir ciertos parmetros esenciales de repotenciacin o conversin de una lnea de transmisin, como por ejemplo: Voltaje de operacin. Corriente en la lnea. Tamao del conductor propuesto y material del mismo. Temperatura mxima del conductor. La lista de tamaos mnimos de conductores recomendados para distintos niveles de voltajes de operacin se da en el Anexo 1 y est basado en consideraciones mecnicas, de corona y radio interferencia. Se pueden requerir conductores mayores por razones de economa en las prdidas elctricas y algunos otros factores.11

Previo a una repotenciacin, se debe hacer una revisin ambiental del proyecto que en particular se trate y tambin de los procedimientos y polticas ambientales concernientes con el efecto de campos elctricos y magnticos, distancias de seguridad, ruido audible en zonas cercanas a grupos de habitantes, etctera. Se deben considerar los: Aspectos relacionados con la construccin. Los problemas de operacin durante la fase de repotenciacin... y El impacto en el sistema de las salidas de operacin y su

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LOS PASOS REQUERIDOS PARA LA RECONVERSIN DE LNEAS

En la reconversin de una lnea detransmisin, para cualquier nivel de tensin, se deben comparar las distancias en aire originales y las temperaturas de operacin, con los requerimientos de las normas o especificaciones en su ltima revisin. Esto, porque probablemente algunos de los diseos originales se desarrollaron con especificaciones distintas a las actuales, dado que los requerimientos normativos cambian con el tiempo y quizs actualmente sea posible operar una lnea existente a temperaturas mayores, debido a la redefinicin de las distancias en aire.13

Tabla 1 SEPARACIN HORIZONTAL MNIMA DE CONDUCTORES A EDIFICIOS, CONSTRUCCIONES Y CUALQUIER OTRO OBSTCULO

Tensin nominal entre fases (V)De 150 a 600 Hasta 6 600 13 800 23 000 34 500 69 000 85 000 115 000

Distancia horizontal mnima A (m)1,0 1,20 1,35 1,40 1,45 1,80 2,00 2,30

138 000150 000 161 000 230 000 400 000

2,402,40 2,90 3,20 4,0014

Notas:1. Las distancias indicadas en la Tabla 1 se incrementarn 1% por cada 100 m de altitud que supere los 1000 msnm. 2. Los cables de comunicacin y mensajeros, deben guardar una distancia mnima de 1 m con el obstculo ms cercano.3. Para tensiones de 34.5 kV o menores, cuando el espacio disponible no permita este valor, la separacin se puede reducir a un mnimo de 1 m, siempre que los conductores tengan aislamiento para prevenir un cortocircuito en caso de un contacto momentneo a tierra.15

Uno de los requerimientos ms importantes, son las distancias elctricas que conducen a la determinacin de los llamados derechos de va para las lneas de transmisin, este derecho de va depende de varios factores, como son: La configuracin de la estructura (separacin de fases). Tamao y peso del conductor. Longitud del claro (vano). Flecha del conductor. Lmite de fusin del conductor. Voltaje de operacin. Altura sobre el nivel del mar.16

Basndose

en las consideraciones anteriores, los siguientes derechos de va son satisfactorios y, en la mayora de los casos, proporcionan suficiente distancia para que, en el caso de que por alguna razn una estructura se caiga, permanezca dentro del derecho de va. Si se trata de un cambio en el nivel de voltaje de una lnea de transmisin, en cualquier caso se deben respetar los derechos de va; que se pueden calcular como se indica a continuacin:

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CL

ANCHO DEL DERECHO DE VA = 2 (A + (La + f 16 C ) tan

+ C)

CONDUCTOR DESPLAZADO POR VIENTO

La f 16 C ACONDUCTOR EN REPOSO

A

B

ANCHO DEL DERECHO DE VA

DONDE :

INTEGRACIN DEL DERECHO VA

A = SEPARACIN HORIZONTAL MNIMA DE SEGURIDAD B = PROYECCIN HORIZONTAL DE LA FLECHA MS CADENA DE AISLADORES C = DISTANCIA DEL EJE DE LA ESTRUCTURA AL CONDUCTO EXTERNO EN REPOSO La = LONGITUD OSCILANTE DE LA CADENA DE AISLADORES f 16 C = FLECHA FINAL A 16C18

PARA CALCULAR ESTE DESPLAZAMIENTO PUEDE UTILIZARSE LA SIGUIENTE FRMULA :

tanDONDE :

=

(CMH)(PV)(K1)( c) (CV)(K2)(Wc) + (0.5)(Wa)

K1 = CONSTANTE DEBIDA A LA PRESIN DEL VIENTO K 2 = CONSTANTE DEBIDA A LA MASA DEL CONDUCTOR = NGULO DE DESPLAZAMIENTO DEL CONDUCTOR Y LA CADENA DE AISLADORES DE SUSPENSIN, CUANDO ESTOS SE UTILICEN, EN GRADOS CMH = CLARO MEDIO HORIZONTAL O CLARO DE VIENTO DE UNA ESTRUCTURA, EN m PV = PRESIN DE VIENTO, EN Pa c = DIMETRO DEL CONDUCTOR, EN m CV = CLARO VERTICAL O CLARO DE MASA EN UNA ESTRUCTURA, EN m Wc = PESO UNITARIO DEL CONDUCTOR, EN N/m Wa = PESO DE LA CADENA DE AISLADORES Y DEL SISTEMA DE SOPORTE, EN N

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VALORES DE LAS CONSTANTES K1 Y K2CONDUCTORES POR FASE 1 2 3

K11 1.5 2.5

K21 2 3

Las restricciones y permisos se deben revisar para identificar claramente qu es lo que prohbe incrementar las flechas o la ampacidad a travs de un terreno por donde pasa una lnea.20

Por

ejemplo, el cruce con un ro puede requerir de la revisin de los parmetros de diseo, ya que podran haber restricciones en el uso del derecho de va, por lo que se deben tomar en consideracin los siguientes aspectos relacionados con las restricciones en los derechos de va. Algunos derechos de va limitados pueden tener restricciones en la localizacin de estructuras y/o configuracin de lneas, por lo que en algunos lugares, cualquier cambio en la localizacin o relocalizacin de las estructuras individuales, pueden requerir de renegociar los derechos de va. La lnea central para la construccin no siempre corresponde a la lnea de centro para el derecho de va. Se debe clarificar entre los conceptos de derechos de va restringidos y restricciones de derechos de va para construccin.21

Algunas restricciones en el derecho de va pueden limitar los voltajes de la lnea y el tamao de los conductores. Las invasiones de terreno pueden entrar en conflicto con la repotenciacin de las lneas, por ejemplo: En las lneas de transmisin que pasan por zonas urbanas, los edificios construidos sobre o cerca del derecho de va de la lnea, pueden estar localizados, de tal forma que los libramientos horizontal y vertical para una lnea reconvertida no se puedan lograr. Puede presentarse el caso de expansin o creacin de lagos o lagunas. Pueden aparecer nuevos caminos y/o autopistas de construccin nueva.22

En algunos casos, en cambio, en el uso del suelo se puede considerar como una invasin. Se debe considerar la incorporacin de los sistemas de irrigacin en las tierras de cultivo. Se pueden construir sistemas de comunicacin en los sistemas de trasmisin. Se pueden tener restricciones por los libramientos a los rboles en zonas boscosas. Se deben considerar las restricciones que pueden imponer los cruzamientos con vas de ferrocarril, autopistas, etc., en la decisin de aumento en los niveles de voltaje.23

Antes de que una estructura existente o unalnea, sea un candidato real para la conversin de voltaje o la mejora en la capacidad de corriente, se deben hacer algunos registros, por ejemplo, una informacin de campo detallada y algunos clculos de ingeniera, con fines de verificacin.

Anlisis de las lneas y estructuras existentes

Una revisin ms profunda de los parmetros de diseoy mtodos de construccin usados para las lneas de transmisin existentes, se debe hacer para las lneas de transmisin propuestas desde el inicio de cualquier conversin, tambin para alguna repotenciacin.24

El propsito de llevar a cabo este estudio, es definir contoda claridad el punto de arranque y la configuracin antes de iniciar una modificacin de lnea que pueda ser costosa y que se lleve mucho tiempo.

Existen

varios hechos esenciales acerca instalaciones existentes: a) Qu criterio bsico de diseo se us?

de

las

Estn disponibles los clculos y datos de diseo?

Qu factores de sobrecarga se usaron?Se conocen las normas y manuales de diseo usados?

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b) Existen las condiciones para que las caractersticas del terreno y cimentaciones puedan soportar sobrecargas en las estructuras redimensionadas? c) Cules son las condiciones de los aisladores, conductores, torres, cables de guarda y herrajes?

En la fase de planeacin de un sistema de transmisin, no slo se debe considerar la incorporacin de las obras nuevas, sino tambin que, en funcin de la problemtica econmica, de impacto ambiental y de impacto social, se tienen en ocasiones serias restricciones para la construccin de nuevas lneas de transmisin.26

Esta

es una situacin en donde la llamada repotenciacin de las lneas puede jugar un papel importante, ya que, con base a estudios de flujos de carga para condiciones de demanda mxima y mnima, se puede determinar la factibilidad de estos proyectos; mismos que se deben justificar econmicamente, pero que desde un punto de vista tcnico, deben ser considerados como proyectos potenciales a realizar.

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DATOS ESTADSTICOS DEL SISTEMA ELCTRICO NACIONALSISTEMA ELCTRICO NACIONAL

USUARIOSPOBLADOS EN SERVICIO CAPACIDAD EFECTIVA INSTALADA (MW) DEMANDA MXIMA SISTEMA INTERCONECTADO (MW) ENERGA BRUTA PRODUCIDA (GWH) AUTOABASTECIMIENTO Y COGENERACIN (GWH) IMPORTACIN DE ENERGA (GWH) EXPORTACIN DE ENERGA (GWH) PRODUCTORES EXTERNOS A CFE (GWH) SUBESTACIONES ACTUAL:

25,911,73550,746.00 37,682,243 26,548.00 200,362.30 2,176.80 480.70 344.60

21,851.901784

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LNEAS DE TRANSMISIN

Km de lnea en 400 kvKm de lnea en 230 kv Km de lnea en 161 kv Km de lnea en 138 kv Km de lnea en 115 kv

14,50324,058 614 59 4,616

Km de lnea de luz y fuerzaTotal:

1,520.2745,370.27

En construccin: 16 000 km para 2006 658 nuevas subestaciones para 2006

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CONSUMO BRUTO DE ENERGA (GWH) TASA DE CRECIMIENTO EN CONSUMO BRUTO (%) TASA DE CRECIMIENTO EN LA PRODUCCIN (%)

202,675.30 2.30 1.70

PLANTAS GENERADORAS TIPO VAPOR CICLO COMBINADO TURBOGAS DIESEL Y COMBUSTIN INT. CARBOELCTRICA DUAL NUCLEOELCTRICA GEOTERMOELCTRICA HIDROELCTRICA EOLOELCTRICA TOTAL: PLANTAS 29 10 35 8 2 1 1 7 79 2 174 US 97 40 95 75 8 6 2 34 220 8 585 MW 14,282.50 3,847.90 2,889.80 143.90 2,600.00 2,100.00 1,364.90 842.90 9,608.20 2.20 37,682.30 GWH 79,299.80 22,216.60 6,394.50 555.50 16,151.90 13,879.50 9,746.60 5,397.60 24,861.70 6.70 178,510.40

PRODUCTORES EXTERNOS

8

19

3,495.00

1.851.9030

CRECIMIENTO Y COMPORTAMIENTO DE LNEAS DE TRANSMISIN 230 KV 1977-2002

KILMETROS DE L.T.s

AO INDICE DE SALIDAS POR FALLA PROPIA KILMETROS DE LNEAS DE TRANSMISIN

NOTA:EL INCREMENTO EN ESTE NIVEL DE VOLTAJE NO REFLEJA EL CRECIMIENTO REAL DE LA RED ELCTRICA NACIONAL DEBIDO A LAS TRANSFERENCIAS DEL PROCESO DE TRANSMISIN A DISTRIBUCIN

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CRECIMIENTO Y COMPORTAMIENTO DE LNEAS DE TRANSMISIN 400 KV 1977-2002

KILMETROS DE L.T.s

AO INDICE DE SALIDAS POR FALLA PROPIA KILMETROS DE LNEAS DE TRANSMISIN

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CRECIMIENTO Y COMPORTAMIENTO DE LNEAS DE TRANSMISIN 161 KV -115 Kv 1977-2002

KILMETROS DE L.T.s

AO NOTA:EL INCREMENTO EN ESTE NIVEL DE VOLTAJE NO REFLEJA EL CRECIMIENTO REAL DE LA RED ELCTRICA NACIONAL DEBIDO A LAS TRANSFERENCIAS DEL PROCESO DE TRANSMISIN A DISTRIBUCIN

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REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2002A1 D0 C2 C1 A3 CO A4 A0 A2

A5

A6 B0

400 kv

34

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2002

A6

2v 3 0 k

B0

18,05%A5

42,86%

10,15%

1,50%A4

0,38%A3

4,51% 1,13%A2 D0

9,40%C2

3,38%C1

8,27%CO

0,00%A0

0,38%A1

35

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2002

161-115kv

36

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DEL TIEMPO FUERA DE SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2002C1 CO

C2 D0 A1

400 kv

A2

B0

A3

A6 A4

37

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DEL TIEMPO FUERA DE SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2002B0 A6 CO

C1

C2 A5 D0

230kv

A4 A0 A3 A2 A1

38

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DEL TIEMPO FUERA DE SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2002

161-115kv

39

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR CAUSAS AJENAS Y MANIOBRAS 400 KV - 115KV 2002F1

400 kV

F0

E4 E0 E1 E3 E2

40

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR CAUSAS AJENAS Y MANIOBRAS 400 KV - 115KV 2002

F0

F1

230 kVE4 E1 E3 E2

E0

41

REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR CAUSAS AJENAS Y MANIOBRAS 400 KV - 115KV 2002

E4 E3

F0

161-115 kV

E2

E1

F1 E0

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REPRESENTACIN EN PORCIENTO DEL TIEMPO FUERA DE SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR CAUSAS AJENAS Y MANIOBRAS 400 KV - 115KV 2002

F1 F0

400 kVE0 E3 E2 E1

E4

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REPRESENTACIN EN PORCIENTO DEL TIEMPO FUERA DE SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR CAUSAS AJENAS Y MANIOBRAS 400 KV - 115KV 2002

E2 E1 E0

E3 E4

230 kV

F1

F0

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REPRESENTACIN EN PORCIENTO DEL TIEMPO FUERA DE SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR CAUSAS AJENAS Y MANIOBRAS 400 KV - 115KV 2002E2

161-115 kV

E0

E1 E3

E4

F1 F0

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REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2003A2 A1 A3

1,34%

1,34%A0

0,67% A4 2,01%

A5

8,72%D0

1,34%

10,07%A6

6,71%C2

8,05%

7,38%C1

9,40%CO

400 KV

42,95%B0

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REPRESENTACIN EN PORCIENTO DE LAS SALIDAS DE LNEAS DE TRANSMISIN POR FALLA PROPIA 400 KV - 115KV 2003

0,00%

115 1,04% KVA2

1,04%A3

A4

18,06%A5

19,44%A6

0,69%A1

0,35%A0

5,21%D0

3,82% 7,29%C2 CO

42,01%B0

1,04%C1

115 KV

47

48