CALCULOS JUSTIFICATIVOS 01

PARTE I REDES PRIMARIAS

NDICE

CLCULOS JUSTIFICATIVOS DE LAS REDES PRIMARIAS

1.1 CLCULOS ELCTRICOS

1.1.1 Consideraciones de Diseo

1.1.2 Caractersticas Tcnicas de las Redes Primarias1.1.3 Anlisis del Sistema Elctrico

1.1.3.1 Clculo de Cada de Tensin1.1.3.2 Clculo de Prdida de Potencia 1.1.3.3 Distancias Mnimas de Seguridad1.1.3.4 Seleccin de Conductor por Niveles de Cortocircuito1.1.4 Seleccin y Configuracin del Sistema de Puesta a Tierra1.1.5 Nivel de Aislamiento y Seleccin de Aisladores

1.2 CLCULOS MECNICOS1.2.1 Consideraciones de Diseo

1.2.2 Clculo de Conductores

1.2.3 Prestacin de Estructuras

1.2.4 Cimentacin de Postes

1.2.5 Cimentacin de Retenidas

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

ANEXOS:

01.- SELECCIN DE AISLADORES

02.- CALCULO MECANICO DE CONDUCTORES

03.- CALCULO MECANICO DE ESTRUCTURAS

04.- CALCULO MECANICO DE RETENIDAS

05.- CUADRO DE PRESTACIONES

06.- CALCULO DE CIMENTACIN DE ESTRUCTURAS

07.- CALCULO DE CIMENTACIN DE RETENIDAS

1.1 CLCULOS ELCTRICOS


Para la elaboracin del Proyecto SUBSISTEMA DE DISTRIBUCIN PRIMARIA EN 10 KV, 3 Y RED SECUNDARIA 380/220 V 3 PARA EL CONJUNTO HABITACIONAL ALTO SALAVERRY II - SALAVERRY, se tomaran en cuenta todas las disposiciones generales del Cdigo Nacional de Electricidad, las normas MEM/DEP y por normas internacionales reconocidas, entre ellas:

Normas MEM/DEP - 511 Especificaciones Tcnicas para el Suministro de Materiales y Redes Primarias

Normas MEM/DEP - 512 Especificaciones Tcnicas de Montaje para Redes Primarias

Norma N DGE-015-PD-1 Norma de Postes para Redes de Distribucin

Norma N DGE-019-PD-1 Norma de Conductores

Norma ITINTEC 339.027(INDECOPI), Postes de Concreto Armado para Lneas Areas

Cdigo Nacional de Electricidad- Suministro

Norma NT-DGE-RD018-2002 Norma de Procedimiento para la Elaboracin de Proyectos y Ejecucin de Obras en Sistema de Distribucin y Sistema de Utilizacin en Media Tensin en Zonas De Concesin de Distribucin.

Norma DGE Terminologa en Electricidad y Smbolos Grficos en Electricidad.

Ley de Proteccin del Medio Ambiente y Proteccin del Patrimonio Cultural de la Nacin

Sistema Legal de Unidades de Medida del Per(SLUMP)

1.1.2 Caractersticas Tcnicas de las Redes PrimariasEstas bases de criterios definen las condiciones tcnicas mnimas para el montaje electromecnico de redes primarias en 10 kV, de tal manera que garanticen los niveles mnimos de seguridad para las personas y las propiedades, y el cumplimiento de los requisitos exigidos para un sistema econmicamente adaptado.

1.1.3 Anlisis del Sistema Elctrico

Niveles de TensinSe tomar en cuenta de acuerdo a la tensin existente que es de 10 kV.

1.1.3.1 Clculo de Cada de TensinTendrn el comportamiento de un Sistema trifsico con tres hilos

La cada de tensin en una lnea area de distribucin es directamente proporcional a la potencia que trasmite, a la longitud de la lnea y a un coeficiente conocido como factor de cada de tensin (K1)

Para sistemas trifsicos:

(V % = PL(r1 + (1 tg ()

10VL2

(V % = K1 PL ; K1 = r1 + X1 tg (

10 VL2

Simbologa:

(V %=Cada porcentual de tensin.

P=Potencia, en kW

L=Longitud del tramo de lnea, en km

VL=Tensin entre fases, en kV

Vf=Tensin de fase - neutro, en kV

r1=Resistencia del conductor, en Ohm / km

(1 =Reactancia inductiva para sistemas trifsicos en ohm/km

(=Angulo de factor de potencia

K=Factor de cada de tensin

(1 =0,377 * ( 0,064 + 0,4605 * Log DMG3( )

ReLa mxima cada de tensin considerada en el primario del transformador de distribucin ser de 5 %

1.1.3.2 Clculo de Prdida de Potencia Las prdidas de potencia por ser circuitos trifsicos se calcularn utilizando la siguiente frmula:

PJ = P2 (r1) L , en kW

1000 VL2 (Cos2 ()

-Mxima prdida de potencia:

2%

Donde:

P=Demanda de potencia, en kW

r1

=Resistencia del conductor a la temperatura de operacin, en Ohm/km.

L=Longitud del circuito o tramo del circuito, en km

VL=Tensin entre fase, en kV

(=Angulo de factor de potencia

1.1.3.3 Distancias Mnimas de Seguridada) Distancias Verticales de Seguridad de Conductores Sobre el Nivel del Piso

El Cdigo Nacional de Electricidad - Suministro, establece las siguientes distancias, que se respetaron para el trazo y diseo de las redes elctricas.

Naturaleza de la superficie que se

encuentra debajo de los conductores Distancia de seguridad vertical (m)

Cables Autoportantes de Suministro hasta 750 VConductores de Suministro expuestos de ms de 750 V a 23 kV.

a. Cuando los Conductores o Cables Cruzan o Sobresalen

1. Vas frreas de ferrocarriles7,38,0

2a. Carreteras y avenidas sujetas al trfico de camiones.6,57,0

3b. Caminos, calles y otras reas sujetas al trfico de camiones.5,56,5

3. Calzadas, zonas de parqueo, y callejones.5,56,5

4. Terrenos recorridos por vehculos, tales como cultivos, pastos, bosques, huertos, etc.5,56,5

5a. Espacios y vas peatonales o reas no transitables por vehculos.4,05,0

5b. Calles y caminos en zonas rurales.5,56,5

Tabla 232-1 del Cdigo Nacional de Electricidad Suministro.

b) Distancias Verticales de Seguridad de Conductores Adyacentes o que se Cruzan

El Cdigo Nacional de Electricidad - Suministro, establece las siguientes distancias verticales entre conductores adyacentes o que se cruzan, tendidos en diferentes estructuras de soporte, los cuales no debern ser menor a los indicados en la siguiente tabla:

NIVEL DE TENSIN SUPERIORNIVEL DE TENSIN SUPERIOR

Retenidas de suministro, alambres de suspensin, conductores neutros y

cables de guarda

(m)Comunicaciones: conductores y cables

mensajeros

(m)Cables de

Suministro que son cable

autosoportado y cables de suministro

hasta 750 V.

(m)Conductores de

suministro

expuestos hasta

750 V y cables de suministro de ms de 750V

(m)Conductores

de suministro

expuestos de

ms de 750 V

a 23 kV

(m)

1. Retenidas de suministro, alambres de vanos, conductores neutros y cables de guarda contra sobretensiones0,600,600,600,601,20

2. Comunicaciones: retenidas, conductores y cables, y cables mensajeros0,600,600,601,201,80

3. Cables de suministro y cables de suministro hasta 750 V 0,600,600,601,001,20

4. Conductores de suministro expuestos, hasta 750 V; cables de suministro de ms de 750 V 1,001,201,001,001,20

5. Conductores de suministro expuestos, de 750 V a 23 kV1,201,801,201,201,20

6. Trole y conductores de contacto de la va frrea electrificada y vano asociado y alambres portadores1,201,201,201,201,80


Nota.

Las distancias mnimas a terrenos boscosos o a rboles aislados sern:

-Distancia vertical entre el conductor inferior y los rboles: 2,50 m

-Distancia radial entre el conductor y los rboles laterales: 0,50 m

Estas distancias verticales se determinan a la mxima temperatura 50C, las distancias radiales se determinarn a la temperatura en la condicin EDS y declinacin con carga mxima de viento. Cuando exista peligro que los rboles caigan sobre los conductores, se podrn incrementar las distancias radiales.

c) Distancias Horizontales y Verticales de Seguridad de los Conductores a EdificacionesEl Cdigo Nacional de Electricidad - Suministro, establece las distancias de seguridad a las edificaciones, letreros, chimeneas, antenas de radio, y televisin, tanques y otras instalaciones ubicadas a lo largo del recorrido de las redes primarias y secundarias. Estas distancias no debern ser menores a los que se indican a continuacin:

Distancia de Seguridad deConductores y cables de comunicacin aislados; cables mensajeros; cables de guarda; retenidas puestas a tierra y retenidas no puestas a tierra expuestas de hasta 300 V

(m)Cables autoportante de suministro hasta 750 V (m)Partes rgidas con tensin no protegidas, hasta 750 V; conductores de comunicacin no aislados, cajas de equipos no puestos a tierra, hasta 750 V y retenidas no puestas a tierra expuestas a conductores de suministro expuestos de ms de 300 V a 750 V

(m)Cables de suministro de ms de 750 V que cumplen con las reglas 230.C.2 o 230.C.3; conductores de suministro expuestos, hasta 750 V (m)Partes rgidas, bajo tensin no protegidas de ms de 750 V a 23 kV, cajas de equipos no puestos a tierra, 750V a 23kV, retenidas no puestas a tierra expuestas a ms de 750V a 23kV

(m)Conductores de suministro expuestos, de ms de 750V a 23kV

(m)

1. Edificaciones

a. Horizontal

(1) A paredes, proyecciones, balcones, ventanas y reas fcilmente accesibles1,001,01,01,02,52,5

b. Vertical 14

(1) Sobre techos o proyecciones no fcilmente accesibles a peatones1,81,81,83,04,04,0

(2) Sobre balcones y techos fcilmente accesibles a peatones3,03,03,03,04,04,0

(3) Sobre techos accesibles a vehculos pero no sujetos a trnsito de camiones5,55,55,55,56,56,5

(4) sobre techos de estacionamiento accesibles al trnsito de camiones5,55,55,55,56,56,5

2. Letreros, chimeneas, carteles, antenas de radio y televisin, tanques y otras instalaciones no clasificadas como edificios y puentes

a. Horizontal1,01,01,01,02,52,5

b. Vertical

(1) Sobre pasillos y otras superficies por donde transita el personal3,03,03,03,04,04,0

(2) Sobre otras partes de dichas instalaciones no accesibles a peatones1,81,81,81,83,53,5


d) Distancias de Seguridad entre los Alambres, Conductores instalados en la misma estructura

d.1.Distancia de Seguridad Horizontal entre los Conductores de lnea

Los conductores de lnea unidos a soportes no debern tener distancias horizontales en ningn caso menor que los valores indicados en las siguientes frmulas:

Para Conductores de lnea mayores a 35 mm2 :

Donde:S:Flecha del Conductor en Temperatura mxima.

Las distancias horizontales de seguridad son las indicadas en el siguiente cuadro:

Clase de CircuitoDistancia de Seguridad

(mm)Notas

Conductores de comunicacin expuesto150No se aplica en los puntos de transposicin del conductor.

75Permitido cuando los espacios del soporte tipo espiga menor de 150 mm han tenido uso regular. No se aplica en puntos de transposicin del conductor.

Alimentadores de vas frreas:

Hasta 750 V, 120 mm2 o ms150Cuando ya se ha establecido una distancia de seguridad de 250 a 300 mm por la prctica, sta puede continuarse sujeto a las disposiciones de la regla 235.B.1.b, para los conductores que tengan flechas aparentes no mayores de 900 mm y para las tensiones que no excedan de 8,7 kV.

Hasta 750 V, menos de 120 mm2300

Ms de 750 V a 8,7 kV300

Conductores de Suministro del mismo circuito

Hasta 750 V300

Mas de 750 V hasta 11 kV400

Ms de 11 kV hasta 50 kV400 ms 10 mm por kV en exceso de 11kV

Conductores de Suministro de Diferente Circuito

Hasta 750 V300Para todas las tensiones mayores de 50 kV, la distancia de seguridad adicional deber ser incrementada en 3% por cada 300 m que sobrepase de 1 000 m sobre el nivel del mar. Todas las distancias de seguridad para las tensiones mayores de 50 kV debern basarse en la mxima tensin de operacin.

Mas de 750 V hasta 11 kV400

Ms de 11 kV hasta 50 kV400 ms 10 mm por kV en exceso de 11kV

Ms de 50 kVNingn valor especificado


d.2.Distancia de Seguridad Vertical entre los Conductores de lnea

Los conductores de lnea unidos a soportes no debern tener distancias verticales en ningn caso menor que los valores indicados en el siguiente cuadro:Conductores y cables por lo general en niveles ms bajosConductores y cables por lo general en niveles ms bajos

Cables de suministro, conductores neutros, cables de comunicacin

(m)Conductores de suministro expuestos

Hasta

750 V

(m)Hasta

11 kV

(m)Sobre 11 a 50 kV

Misma empresa de servicio pblico

(m)Diferente empresa de servicio pblico

(m)

1. Conductores y cables de comunicacin

a. Ubicados en el espacio de comunicacin1,001,001,801,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV1,8 mas

b. Ubicados en el espacio de suministro1,001,001,801,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV1,8 mas

2. Conductores y cables de suministro

a. Conductores expuestos hasta 750 V; cables de suministro que cumplen con la Regla 230.C.1,2 o 3; conductores neutros que cumplen con la regla 230.E.11,000,601,201,2 ms 0,01 por kV sobre 11 kV1,2 ms 0,01 por kV sobre 11 kV

b. Conductores expuestos de ms de 750 V a 11 kV0,800,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV1,2 ms 0,01 por kV sobre 11 kV

c. Conductores expuestos de ms de 11 kV a 23 kV

(1) Si es que se trabaja bajo tensin con lnea viva las herramientas y los circuitos adyacentes no son ni desactivados ni cubiertos con protectores o pantallas0,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV1,2 ms 0,01 por kV sobre 11 kV

(2) Si es que no se trabaja bajo tensin a excepcin de cuando los circuitos (ya sea superiores o inferiores) adyacentes estn desenergizados o cubiertos con pantallas o protectores, o durante el uso de herramientas para lneas energizadas (trabajo en caliente) que no requieren que los linieros se ubican entre los alambres energizados0,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV0,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV

d. Conductores que exceden de 23 kV, ms no de 50 kV0,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV0,8 ms 0,01 por kV sobre 11 kV


El diseo ha considerado la distancia mnimas de seguridad a lugares pblicos y de peligro (Grifos, Centros Educativos, Mercados, Hospitales, Iglesias, Teatros y otros lugares de espectculos pblicos).

De los clculos efectuados se concluye que el vano promedio es de 60 m para redes primarias de uso compartido.

Los clculos efectuados se anexan a continuacin:1.1.3.4 Seleccin de Conductor por Niveles de CortocircuitoTodo el equipamiento propuesto ser capaz de soportar los efectos trmicos y dinmicos de las corrientes de cortocircuito equivalentes a 250 MVA (de acuerdo a la norma MEM/DEP 501), por espacio de 0,1 seg. Segn la norma VDE 103 la relacin r/x es 0,70

La metodologa empleada para la determinacin de los esfuerzos trmicos producidos por los cortocircuitos parte del calor medio de la corriente generada por los mismos: Im

Im es el valor eficaz de corriente, que genera la misma cantidad de calor que la de cortocircuito.

Segn la norma alemana VDE 103, Im se define por la siguiente expresin:

Donde: Ik=corriente eficaz inicial de cortocircuito

M =influencia de la componente unidireccional.

n=influencia de la disminucin de Ik.

t=tiempo de eliminacin de la falla (0,1 s)

Segn la norma VDE 103 las temperaturas finales admisibles en los conductores areos sometidos a esfuerzos superiores a 9,8 N/mm2, son:

-Cobre

170 C

-Aleacin de aluminio160 C

La temperatura inicial del conductor se asume que es 40 C, para los conductores de cobre y aleacin de aluminio.

De acuerdo a las premisas se tiene:

Ik=250 /((3 x 22,9) = 6,30 kA

De la relacin r/x se obtiene el factor N. Con el factor N y en forma grfica se obtienen los valores de m y n

Reemplazando los valores de m, n, Ik y t en la ecuacin correspondiente se obtiene Im,

Con el valor de temperatura inicial y temperatura final, se obtiene el valor de la densidad de corriente mxima que puede alcanzarse.

Entonces dividiendo el valor Im entre la densidad hallada, se obtiene la seccin mnima del conductor. En la siguiente tabla se resumen los valores hallados:

Material ConductorT. inicial

CT. final

CmnIk

KAIm

kADensidad de I max

A/mm2Seccin mnima

mm2

AAAC40160016,301,9991,0021,87

Cobre40170016,301,99138,0014,42

Conclusiones:

aTeniendo en consideracin los efectos de cortocircuito, las secciones mnimas normalizadas son:

Para Conductores de Aluminio AAAC:50 mm2 .

Para Conductores de Cobre

:25 mm2 .

b. Considerando las zonas de expansin en las que se encuentran los Asentamientos Humanos comprendidos en el estudio, las secciones mnimas a utilizar son las siguientes:

Para Conductores de Aluminio AAAC:50 mm2 .

Para Conductores de Cobre

:25 mm2 c. Por el grado de agresividad del medio ambiente, lo que ocasionara la corrosin del conductor, se utilizarn conductores de aleacin de aluminio para las zonas de ambiente normal y de cobre en zonas cercanas al mar.Balance de Circuitos:La IEE considera que Un sistema se encuentra balanceado cuando la carga en cualquier fase no es menor al 95% ni mayor al 105% del promedio de las fases consideradas, aplicados para los sectores tpicos 2 y 3.

Debido a que las cargas del sistema son generalmente para uso domestico y comercial, con demandas de mediana potencia, se emplearn en su totalidad subestaciones trifsicas.

1.1.4 Seleccin y Configuracin del Sistema de Puesta a TierraFinalidad

Establecer los criterios para el dimensionamiento de las puestas a tierra en Redes Primarias y Subestaciones de Distribucin con la finalidad de conducir y/o dispersar en el suelo, diversos tipos de corrientes elctricas, cumpliendo los objetivos de seguridad y evacuacin de corrientes:

-Evitar voltajes peligrosos entre la infraestructura de superficie y el suelo con fines de proteccin de las personas y equipos.

-Proporcionar un camino que facilite el paso de la corriente, propiciando un circuito conductor / dispersor de baja impedancia, para permitir la correcta operacin de la proteccin, dispersin rpida de elevadas corrientes.

Generalidades

El diseo de puesta a tierra de las Subestaciones deber garantizar el valor mximo de resistencia; el mismo criterio se adoptar en los puntos donde se instalen equipos pararrayos y seccionadores.

El diseo de la configuracin y el dimensionamiento del sistema de puesta a tierra se efectuaron teniendo en consideracin la medicin de resistividad del terreno, cuyo valor determina la resistencia de difusin de puesta a tierra que no debe superar los 25 Ohmios.

Configuracin de la Puesta a Tierra

Se ha previsto que las puesta a tierra estarn conformadas por varillas copperweld de 16 mm x 2400 (5/8 x 2400) y conductor cableado de cobre desnudo de 35 mm de seccin para la bajada.

Para esta disposicin, la resistencia de puesta a tierra ser:

OhmsEn el siguiente cuadro se muestra el valor de la resistencia de puesta a tierra de esta disposicin con diferentes valores de resistividad de terreno y el nmero de puestas a tierra necesarias.

DISPOSICION

Profundidad de enterramiento, "h", [m]0,30,30,30,30,30,30,3

Resistividad Prom. del Terreno, [ohm-m]305010020050010003500

Resist de P.T. de la disp. 1, Rpt1 [ohm]5,378,9517,9035,8089,51179,02626,56

N P.T. necesarias para que la Rpt equivalente sea de acuerdo a Normas.11124931

Conclusin

d.1.La configuracin propuesta de puestas a tierra se encuentran en el detalle de armados con la siguiente denominacin:

PAT-1: Puesta a tierra con 1 varilla.

PAT-2: Puesta a tierra para SEDs con 2 varillas indep. (para MT y BT).

PAT-3: Puesta a tierra solo con espiral.

d.2.En base a mediciones de resistividad que realizaremos al muestreo (4 o 5 localidades por frente de trabajo), la cual ser realizada en la ubicacin prevista para la subestacin de distribucin, se recalcularan los valores de resistencia con una, dos, y ms electrodos. (Medicin de Resistividad del Terreno).

d.3Considerando que el valor mximo de la Resistencia Elctrica debe ser 25 Ohmios, las puestas a tierra tipo varilla, para todos los casos se instalarn con una solo electrodo. El valor de la resistencia elctrica disminuir con el tratamiento del terreno previsto, con sal, carbn y/o bentonita sdica.

1.1.5 Nivel de Aislamiento y Seleccin de Aisladores

La seleccin del nivel de aislamiento para las instalaciones y equipos de la lnea y redes primarias areas del proyecto, se realizar de acuerdo a la Norma IEC Publicacin 71-1, 1972 y a las caractersticas propias de la zona en la que se ubicarn dichas instalaciones, tomando en cuenta.

-Sobretensiones atmosfricas.

-Sobretensiones a frecuencia industrial en seco.

-Grado de contaminacin ambiental.

a. Condiciones de Diseo para cada Sistema

Las condiciones de diseo sern las siguientes:

ITEMCARACTERISTICASUNIDADMAGNITUD

1Tensin Nominal de servicio[kV]10,022,922,9 - 13,213,2 - 7,62

2Mxima Tensin de Servicio[kV]12,025,025,014,5

3Altura mxima[msnm]2000,02000,02000,02000,0

4Nivel de contaminacin ambiental[cm/kV]20202020

5Tipo de Conexin del NeutroNeutro

AisladoNeutro

AisladoNeutro

AterradoNeutro

Corrido

6Nivel CerunicoNulo (*)Nulo (*)Nulo (*)Nulo (*)

(*) De acuerdo a las normas MEM/DEP-501 BASES PARA EL DISEO DE REDES PRIMARIAS.b. Niveles de Aislamiento en condiciones Standar

Tensin Nominal entre Fases

(kV)Tensin Mxima entre Fases

(kV)ALTITUD

[m.s.n.m.]Tensin de sostenimiento a la onda 1.2/50 entre fases y fase a tierra

(kVp)Tensin de sostenimiento a frecuencia industrial entre fases y fase-tierra

(kV)

NIVELES BASICOS DE AISLAMIENTO NORMALIZADOS DE REDES DE DISTRIBUCION

0.38 a 0.4410000 - 45002,5-

7,628,40000 - 10002060

10120000 - 10002875

13,214,50000 - 10003895

22,9250000 - 100050125

33360000 - 100070170

Fuente Norma MEM/DEP 501 Bases para el diseo de Lneas y Redes Primarias.

c. Factor de Correccin por Temperatura

Para instalaciones en operacin a una temperatura mayor a 40 C, la tensin mxima de servicio, debe ser multiplicada por un factor de correccin, definido por la expresin:

Donde:t = temperatura mxima de la zona de proyecto en C, T = 50C

d. Factor de Correccin por altura y temperatura:

Para instalaciones situadas a altitudes superiores a 1 000 m.s.n.m., la tensin mxima de servicio, debe ser multiplicada por un factor de correccin, definido por la expresin:

Donde:h :Altitud sobre el nivel del mar.

Para el caso de los sistemas elctricos en anlisis, no se considerar el Factor de Correccin por temperatura, debido a que las altitudes de las instalaciones a ser remodeladas se encuentran por debajo de los 1000 m.s.n.m.

e. Aisladores Normalizados para la Seleccin

Los aisladores normalizados para el uso en Redes Primarias en cada una de las tensiones son: Aisladores Polimricos tipo Pin, son de montaje rgido y se usan en estructuras de apoyo o con pequeos ngulos de desviacin topogrfica. Sus caractersticas son:

Aisladores Polimricos tipo PIN

Tensin Nominal del Aislador12 kV12 kV15 kV15 kV24 kV24 kV

Voltaje

DeA frecuencia Industrial

(kV RMS)Seco

Hmedo70

5070

5075

5075

5080

70110

80

Flameo

PromedioAl impulso

(kV Pico)Positivo

Negativo115

160115

160120

170120

170120

170180

215

Longitud de Lnea de Fuga (mm)300372375465600744

Aisladores Polimricos tipo Suspensin, su montaje es en cadena flexible apropiado para estructuras de fin de lnea y fuertes ngulos de desviacin topogrfica. Las caractersticas de los aisladores tipo suspensin a usarse en el proyecto son:Aisladores Polimricos tipo SUSPENSIN

Tensin Nominal del Aislador12 kV12 kV17.5 kV17.5 kV24 kV24 kV

Voltaje

DeA frecuencia Industrial

(kV RMS)Seco

Hmedo-

28-

28-

38-

38-

50-

50

Flameo

PromedioAl impulso

(kV Pico)Positivo

Negativo60

-75

-75

-95

-95

-125

-

Longitud de Lnea de Fuga (mm)300372437,5542,5600744

Seleccin de AislaDORES

Para la seleccin de aisladores, se ha tomado en cuenta las siguientes consideraciones:

-Sobretensiones atmosfricas.

-Sobretensiones a frecuencia industrial en seco.

-Contaminacin ambiental.

a. Sobretensiones Atmosfricas

De acuerdo al CNE y a la norma Alemana VDE, la tensin disruptiva bajo lluvia a la frecuencia de servicio que debe tener un aislador, no deber ser menor a:

Donde:U:Tensin nominal de servicio, en kV.

Fc:Factor de correccin por altura y temperatura.

Uc:Tensin disruptiva bajo lluvia a la frecuencia de servicio, en kV.

b. Contaminacin Ambiental

Sabemos que la contaminacin afecta bsicamente el comportamiento de la lnea en rgimen normal, por tanto se deber verificar el adecuado comportamiento del aislamiento frente a la contaminacin ambiental. La mnima longitud de fuga requerida esta determinada por la siguiente expresin:

mmDonde:

L:Longitud de la Lnea de Fuga del Aislador en mm.

m:Coeficiente de suciedad en cm/kV, depende del nivel de contaminacin.

U:Tensin nominal del sistema en kV.

Fc:Factor de Correccin por Altura y Temperatura.

N:Nmero de aisladores

:Densidad relativa del aire, dado por:

(: es la temperatura media en C, para este caso es 24,3C

h : es la presin atmosfrica en cm de mercurio

Los procesos de clculo indicados, se muestran en los Cuadros 01, 02, 03, que se adjuntan, donde se obtienen las sobretensiones a frecuencia industrial, la Sobretensin de Impulso y la distancia de fuga mnima requerida para cada uno de los casos planteados.

1.2 CLCULOS MECNICOS


Estos clculos tienen el objetivo de determinar las siguientes magnitudes relativas a los conductores de redes primarias areas en todas las hiptesis de trabajo:

Los clculos mecnicos se basan en las indicaciones de la Norma MEM/DEP 501, al Cdigo Nacional de Electricidad - Suministro y de acuerdo a las condiciones ambientales de la zona, que son las concordantes con las zonificaciones del CNE.

1.2.2 Clculo de Conductores

a) Material de los Conductores

Los conductores para redes primarias areas sern de aleacin de aluminio (AAAC) y de Cobre desnudo, fabricados segn las prescripciones de las normas ASTM B398, ASTM B399M, ASTM B8 o IEC 1089.

b) Caractersticas Mecnicas de Conductores de Aleacin de Aluminio

SeccinNDimetroDimetrode alambre MasaModulo de ElasticidadFinal Coeficiente de Expansin TrmicaCargaRotura

MmHilosMmmmkg / kmN /mm(1/C)Kg

2576,452,136960822,002,3x10-5723.9

3577,602,529660822,002,3x10-5994.5

5079,103,0213560822,002,3x10-51428

701910,802,1519060822,002,3x10-51965

951912,502,5226060822,002,3x10-52699

1201914,302,8533560822,002,3x10-53453

Premisas de Clculo Mecnico de Conductores

a)Esfuerzos del Conductor en la Condicin EDS

El esfuerzo EDS determinado es del 18%, sobre esta base se obtuvieron los siguientes valores:

DESCRIPCIN DESECCIONEsfuerzo de Rotura NominalEsfuerzo Inicial de Cada Da [18%]

CONDUCTORES[mm2][N/mm2][N/mm2]

1 x 50 AAAC (*)50317,5057,15

1 x 25 Cobre25398,0071,64

(*):Seccin Normalizada por Hidrandina S.A.b)Esfuerzos Mximos en el Conductor

Los esfuerzos mximos en el conductor son los esfuerzos tangenciales que se producen en los puntos ms elevados de la catenaria. Para los conductores de aleacin de aluminio no deben sobrepasar el 50% del esfuerzo de rotura.

Los mximos esfuerzos permisibles en los conductores, de acuerdo a las Normas indicadas son:

DESCRIPCIN DESECCIONEsfuerzo de Rotura NominalEsfuerzo Mximo Admisible [50%]

CONDUCTORES[mm2][N/mm2][N/mm2]

1 x 50 AAAC (*)50317,50158,75

1 x 25 Cobre25398,00199,00

(*):Secciones Normalizadas por Hidrandina S.A.Los esfuerzos tangenciales mximos en el conductor que se producen en los puntos ms elevados de la catenaria, para los conductores no deben sobrepasar el 50% del esfuerzo de rotura, que para el conductor de Aluminio ser 158,0 N/mm2, segn las Normas 501 de la DEP/MEM.

c)Hiptesis de Estado de los Conductores

Un conductor tendido y no sometido previamente a la mxima carga mecnica proyectada tender a incrementar su longitud, cuando adquiera la mxima carga. Al desaparecer la carga, el conductor se contraer, pero no recobrar su longitud inicial, existiendo a partir de ese momento una diferencia de longitud permanente que incidir en una mayor flecha. Por otra parte, el conductor casi nunca alcanzar la misma deformacin mxima al soportar en posteriores ocasiones la misma carga mxima.El crecimiento total de la longitud del conductor por accin mecnica en el tiempo determina una flecha mayor de la que se instal originalmente.

Adems, el crecimiento de la longitud del conductor se produce tambin por efecto de la dilatacin, debido al calor producido por el paso de la corriente elctrica que transporta la lnea.En consecuencia, en el clculo de la flecha mxima, es necesario considerar las condiciones de carga y temperatura que produzcan la mayor flecha final.

Sobre la base de la zonificacin y las cargas definidas por el Cdigo Nacional de Electricidad, se consideran las siguientes hiptesis en base a los siguientes factores:

-Velocidad de viento

-Temperatura

-Carga de hieloHiptesis I: Condicin de mayor duracin (EDS)

Temperatura

:25 [C]

Velocidad de viento

: 0 [km/h]

Espesor del Hielo

: 0 [mm]

Esfuerzo EDS (Cobre)

:18 [%] (70 N/mm2)

Esfuerzo EDS (AAAC)

:18 [%] (57 N/mm2)

Hiptesis II : Condicin de mxima velocidad de viento

Temperatura

:15,0 [C]

Velocidad de viento

:80,0 [km/h]

Espesor del Hielo

: 0,0 [mm]

Tiro Mximo Final

:50,0 [%]

Hiptesis III : Condicin de mxima carga de hielo

Temperatura

: 0,0 [C]

Velocidad de viento

: 0,0 [km/h]

Espesor del Hielo

: 0,0 [mm]

Tiro Mximo Final

:50,0 [%]

Hiptesis IV : Condicin de mnima Temperatura

Temperatura

: 10,0 [C]

Velocidad de viento

:00,0 [km/h]

Espesor del Hielo

:00,0 [mm]

Tiro Mximo Final

:50,0 [%]

Hiptesis V : Condicin de mxima Temperatura (*)

Temperatura

:50,0 [C]

Velocidad del viento

: 0,0 [km/h]

Espesor del Hielo

: 0,0 [mm]

Tiro Mximo Final

:50,0 [%]

(*) : Para esta hiptesis la Temperatura Mxima del Ambiente es de 34C, considerando el fenmeno CREEP (10 C) obtenemos 44C, para efectos de clculo asumiremos 50C.

1.2.3 Prestacin de Estructuras

Los clculos se realizan de manera que las estructuras utilizadas en las redes primarias, sean adecuadas para soportar a los conductores y a los requerimientos mecnicos que se les solicite.Adicionalmente al clculo propio de las estructuras se determinan las retenidas requeridas para los distintos armados a utilizar en el proyecto.

Frmulas Aplicables

Momento debido a la carga del viento sobre los conductores:

Momento debido a la carga de los conductores:

Momento debido a la carga de los conductores en estructuras terminales:

Momento debido a la carga del viento sobre la estructura

Momento torsor debido a la rotura del conductor en extremo de cruceta:

Momento flector debido a la rotura del conductor en extremo de cruceta:

Momento total equivalente por rotura del conductor :

Momento debido al desequilibrio de cargas verticales

Momento total para hiptesis de condiciones normales, en estructura de alineamiento, sin retenidas :

MRN = MVC + MTC + MCW + MVP

Momento total para hiptesis de rotura del conductor en extremo de cruceta

MRF = MVC + MTC + MTE + MVP

Momento total en estructuras terminales

MRN = MTC + MVPDonde:

Pv=Presin del viento sobre superficies cilndricas, en Pa

d=Longitud del vano-viento, en m

Tc=Carga del conductor, en N

(c=Dimetro del conductor, en m

(=Angulo de desvo topogrfico, en grados

Do=Dimetro del poste en la cabeza, en cm

Dm=Dimetro del poste en la lnea de empotramiento, en cm

hl=Altura libre del poste, en m

hi=Altura de la carga i en la estructura con respecto al terreno, en m

hA=Altura del conductor roto, respecto al terreno, en m

Bc=Brazo de la cruceta, en m

Rc=Factor de reduccin de la carga del conductor por rotura:

0.5 (segn CNE)

Wc=Peso del conductor, en N/m

WCA=Peso del aislador tipo Pin, en N

WAD=Peso de un hombre con herramientas, igual a 980 N

Los clculos se han realizado, considerando lo siguiente:

a.1.Material de los Postes

Son de Concreto Armado Centrifugado en base a las siguientes premisas:

Las redes primarias que conforman este proyecto son tpicamente urbanas; por ello, el enfoque viene desde el punto de vista esttico, impacto al ambiente urbano, la garanta del tiempo de uso, el grado de seguridad mnimo, de acuerdo con las exigencias de las normas nacionales e internacionales aplicables.

Los Soportes estarn conformados por postes de Concreto Armado Centrifugado con las siguientes caractersticas:

-Longitud

(m)

13,0

13,0

-Carga de trabajo a 0,1m de la punta (N)

3000

4000

-Dimetro en la cabeza (cm)

18.0

18.0

-Dimetro en la base

(cm)

37.5

37.5

Considerando las distancias mnimas de seguridad indicadas en el Cdigo Nacional de Electricidad - Suministro y en la condicin de flecha mxima (Mxima Temperatura) para conductores de aleacin de Aluminio y Cobre, se concluye:

Para el caso de Postes compartidos y postes ubicados a medio vano de estructuras de RP:

- Utilizar Pastoral de FG tipo Unifix en poste de Red Secundaria de 8 metros con solado.

Las Mnsulas sern de Concreto Armado Vibrado de 0,80 y 1,0 m. de longitud.

- Las Retenidas conformadas por cable de 10 mm (3/8) de dimetro, grado Siemens Martn HS definidas como RI y RV.Factores de Seguridad

Los factores de seguridad mnimas respecto a las cargas de rotura sern las siguientes:

Postes y CrucetasCondiciones

NormalesCondiciones AnormalesDeflexin

Mxima

- Poste de concreto2,01,52,5%

- Cruceta de concreto2,01,5-

- Mnsula de concreto2,01,5-

Los factores de seguridad mnimos consignados son vlidos tanto para cargas de flexin como para la compresin del poste (pandeo).

La Flexin mxima actuante en los postes de Concreto para los postes sin retenida ser del 2,5% de la Longitud libre del poste.

a.3Cargas Actuantes sobre las Estructuras

Alineamiento

-Presin de viento sobre postes y conductores.

-Tiro resultante de los conductores.

ngulo


-Tiro resultante de los conductores de acuerdo al ngulo.Terminal


-Tiro mximo longitudinal de los conductores.

a.4Las hiptesis para el clculo de estructuras sern:

Condiciones Normales:

-Conductores sanos

-Esfuerzos del conductor en condiciones de mximos esfuerzos

Condiciones Anormales:

-El conductor de la fase superior roto

-Carga longitudinal = 50% del esfuerzo del conductor

-Esfuerzos del conductor en condiciones de mximos esfuerzos

c)Consideraciones para Retenidas

c.1Los Factores de seguridad

-El factor de seguridad en Condiciones Normales:2,0

-El factor de seguridad en Condiciones Anormales:1,5

El ngulo formado entre la retenida y el poste en retenidas inclinadas no deber ser menor de 30 por cuestiones de espacio.

La resistencia mecnica de los elementos que componen la retenida no sern menores que la requerida por el cable de acero de la retenida, incluyendo el aislador tensor tipo nuez.

c.2Mtodo de Clculo de Retenidas

Cuando las cargas que se aplican a los postes sean mayores a las que stos puedan resistir, entonces se emplearn retenidas, quedando as el poste sujeto nicamente a esfuerzos de compresin. Determinar las caractersticas del cable de las retenidas a usarse en las estructuras de ngulo y fin de lnea es la finalidad de este tem.

Las dimensiones del bloque son: 0,5 x 0,5 x 0,2 m con densidad de: 21582 N/m3, el peso del bloque se sumar al contenido del volumen de tierra; por lo que se obtiene que ser necesaria la aplicacin de una fuerza de 44643,35 N para lograr mover el bloque de anclaje; antes de que eso ocurra se rompera el cable de acero, por lo que se concluye que la cimentacin est preparada para soportar cualquier exigencia de la retenida.c) Armadura de refuerzo

Se colocar un acero mnimo segn se especifica el ACI y el RNC, que es:As = 0,0018 x b x c = 0,0018x40x20 = 1,44 m2 que es el rea de acero mnimo requerido.

Si consideramos tres fierros de (, el rea es de (3x(x12)/4=2,35 cm2 ( 1,44 cm2 (malla de fierro de ( @ 20 cm) OK. Sin embargo la zona ms vulnerable resulta ser aquella donde el dado trabaja en traccin, posibilitndose en la misma una falla de punzonamiento por efecto de la varilla de anclaje.

Debido a ello es conveniente considerar un refuerzo de modo biaxial con un espaciamiento a cada 10 cm, por lo que ya no solo sern tres fierros, sino cuatro.

Siguiendo la recomendacin del RNC, el recubrimiento es de 7,5 cm (arriba) toda vez que esta es la zona a flexin, en la parte de abajo queda :20-7,5=12,5 cm.

Los datos para el clculo de anclaje son:

-Bloque de anclaje

:50 x 50 x 20 cm

-Mxima Carga de trabajo del cable de acero :15 460 N.

-Inclinacin de la varilla (() con la vertical :37 y 45C.

-ngulo de deslizamiento de la tierra (( ) :31,5 (*)-Peso especfico del terreno ((esp)

:15,99 kN/m3. (*)

d) Conclusiones

-Los Detalles de la configuracin para cada uno de los casos se adjuntan en los planos de detalle correspondientes.(Retenida Inclinada y Retenida Vertical).

- Las retenidas sern aisladas y llevarn un protector denominado guardacable.

1.2.4 Cimentacin de Postes a)Cimentacin del Poste

Consiste en verificar de acuerdo a las caractersticas del suelo, s nos permite asegurar la estabilidad del poste evitando movimientos inadmisibles cuando el poste empotrado y cimentado est actuando conjuntamente con todas las fuerzas producidas por cargas permanentes sobre el poste.a.1 La Longitud de Empotramiento

Estar dado por:

Cimentacin de postes con concreto ciclpeo.

Donde:

H:Altura total del poste en metros.

he:Altura de empotramiento.

En el presente estudio la longitud de empotramiento ser de 1,5 m.a.2Cuadro de parmetros GeotcnicosLos parmetros de resistencia de los suelos empleados en los anlisis siguientes, fueron obtenidos del Estudio de Suelos con fines de Cimentacin realizados para el montaje electromecnico de la Lnea de Sub Transmisin en 60 kV, Los Ejidos - Castilla, obteniendo de los anlisis los siguientes parmetros empleados en el diseo de los cimientos:

ndice de Compresibilidad [kg/cm3]

:Ct: 8,00

Capacidad Portante Admisible [kg/cm2]

:

: 1,50

Angulo de Talud Natural del terreno []

:

:31,50

Peso Volumtrico de masa hmeda [g/cm3]:

: 1,63

Coeficiente de Rozamiento entre el

Terreno y el concreto de los cimientos

:

: 0,25Para nuestro caso consideramos que el poste est empotrado, dndole la estabilidad necesaria para resistir la accin de una fuerza F que tratar de volcarlo.

b) Clculo de Cimentacin de Postes

Para el clculo de las cimentacin utilizaremos el mtodo de Sulzberger, por ser el ms real, y permite conseguir un ahorro considerable en el volumen del macizo de concreto.

Para nuestro caso consideramos que el poste est empotrado en un macizo de concreto, cuyas dimensiones y peso le dar la estabilidad necesaria para resistir la accin de una fuerza F que tratar de volcarlo.Mtodo de Sulzberger:Cuando se trata de terrenos sueltos sin cohesin (arena) , el eje de rotacin del macizo por la accin de F coincide con el punto O centro de gravedad y geomtrico de aqul. Si los terrenos considerados son plsticos, el eje de rotacin se hallar en O, cuyas coordenadas, segn la citada figura, son: 1/4 b y 2/3 t. Finalmente si el terreno es muy resistente, el eje de rotacin estarn en el punto O, es decir, casi al fondo de la excavacin o de la base del macizo.

Se comprob, asimismo, que la resistencia especfica de los terrenos a la compresin a lo largo de las paredes verticales, vara en razn directa de la profundidad, que depende de la clase de terreno y del grado de humedad del mismo, y tambin que la citada resistencia debajo del macizo debe tener un valor menor o igual a la resistencia sobre las paredes verticales de la misma profundidad.

Partiendo de estos datos, el Ingeniero Sulzberger, de la Comisin Federal Suiza, propone las siguientes bases:

El macizo en cuestin puede girar un ngulo(, definido por tg(=0,01, sin que haya que tener en cuenta la variacin del coeficiente que caracteriza el terreno. (Esta condicin es, por otra parte, exigida en nuestro Reglamento del 23 de febrero de 1949 sobre Lneas Elctricas, en cuyo artculo 27, apartado 2, que trata de las cimentacin de los apoyos, prescribe: En ningn caso se admitir un ngulo de giro cuya tangente sea superior a 0,01 para llegar a las reacciones estabilizadoras del terreno).

El terreno se comporta como un cuerpo ms o menos plstico y esttico y por ello los desplazamientos del macizo dan origen a reacciones que les son sensiblemente proporcionales.

La resistencia del terreno es nula en la superficie y crece proporcionalmente con la profundidad de la excavacin.

No se toman en consideracin las fuerzas de rozamiento porque existe indeterminacin con respecto a la cuanta de las mismas.Sobre las bases expresadas, Sulzberger ha establecido unas frmulas que se aplican para determinar las dimensiones de las fundaciones de los apoyos en los que verifica que h/t>5 y que se hallan sometidos a un esfuerzo paralelo a un eje de simetra, y montados en terrenos medios y plsticos.

Supondremos el caso de que el macizo tenga forma rectangular, en la que aparecen los empujes laterales (curvas parablicas) y la presin del macizo sobre la base del terreno (de forma lineal).

De la representacin anterior se deduce que el momento de vuelco M tendr por valor:

M = F(h + 2/3 t)

Por otra parte Ct es el coeficiente del terreno de las paredes laterales a la profundidad t, entendindose por tal, el esfuerzo necesario en kg, para hacer penetrar en el terreno, a 1 cm de profundidad, una placa de 1 cm2 de superficie, y Cb representa el coeficiente del terreno en el fondo de la excavacin. El ngulo que puede girar el macizo por efecto de la fuerza F, es (, y ( la presin mxima sobre el terreno en kg/cm2, que tendr por valores:

;

La ecuacin de Sulzberger es, por lo tanto:

Simplificando:

en el cual el primer trmino del segundo miembro representa el momento debido a la accin lateral del terreno, es decir, M1, y el segundo trmino es el momento de las cargas verticales, M2. Resulta pues:

Siendo, tg ( = 0,01 ((= 3411) puede admitirse que:

El coeficiente K est comprendido ente 1 y 1,5; cuando M1 = 0,4 M2, el valor K es 1,2; por consiguiente como primer tanteo para comprobar la estabilidad del macizo puede emplearse la frmula aproximada:

1.2.5 Cimentacin de Retenidas

Las retenidas sern fijadas mediante un anclaje introducido en el terreno para que as el peso del terreno contenido en un tronco de pirmide que aloja en su base inferior un bloque de anclaje, contrarreste la fuerza que acta sobre el cable de la retenida.

d)Conclusiones:

d.1En base a los clculos de diseo realizados las dimensiones del macizo de concreto sern las siguientes:

a = 0,80 m

b = 0,80 m

t = 1,50 m

d.2Para la proteccin del poste de Concreto frente a algn agente agresivo, se har uso de un sellador (Chema Flex y/o Cristal Flex), la misma que se encargar de proteger contra la abrasin, expansin trmica, corrosin qumica, hongos y ambientes marinos.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

1. Las redes operarn inicialmente en 10 kV , los aisladores que se emplearn en el proyecto correspondern a la tensin final de 10 kV.

2. En zonas de ambiente normal (Baja contaminacin), para la tensin de 10 kV, se utilizarn aisladores polimrico tipo pin de 15 kV, y tipo suspensin polimricos de 15 kV. 3. Considerando las zonas de expansin en las que se encuentra el Conjunto Habitacional comprendido en el estudio, las secciones mnimas a utilizar son las siguientes:

Para Conductores de Aluminio AAAC:50 mm2. Para Conductores de Cobre

:25 mm2

4. Por el grado de agresividad del medio ambiente, lo que ocasionara la corrosin del conductor, se utilizarn conductores de aleacin de aluminio para las zonas de ambiente normal y de cobre en zonas cercanas al mar (hasta 800 m de distancia del litoral marino).

5. La configuracin propuesta de puestas a tierra se encuentran en el detalle de armados con la siguiente denominacin:

PAT-1: Puesta a tierra con 1 varilla.

PAT-2: Puesta a tierra con 2 varillas, una para media tensin y otra para baja

PAT-3: Puesta a tierra solo con espiral (PARTIDA ADICIONAL).

Todas las PATs sern instaladas de acuerdo al detalle del proyecto a 2.50 metros al eje del poste en forma longitudinal.

6. Dado al grado de agresividad del terreno y medio ambiente de la zona, es necesario el uso de aditivo inhibidor (chemaflex o cristaflex) para la proteccin de los postes contra la corrosin. Este se aplicar normalmente hasta una altura de 3 m. En zonas cercanas al mar se aplicar a todo el poste.

7. Dada a la alta salinidad de la zona y la excesiva corrosin en las partes metlicas y postes de concreto armado, se untara con brea la base de los postes hasta 1.00 m por encima del nivel del suelo, igualmente las varillas de anclaje para retenidas sern untadas en su totalidad.

2/3t

t

P

b/4

O

O

O

b/2

F

h

t/3

a/4

aa

b

(1

P

(3

h

t

2/3t

(2

F

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SUBSISTEMA DE DISTRIBUCIN PRIMARIA EN 10 KV 3 Y RED SECUNDARIA 380/220 V 3 PARA EL CONJUNTO HABITACIONAL ALTO SALAVERRY II - SALAVERRYRESUMEN DE CALCULOS JUSTIFICATIVOS

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CALCULOS JUSTIFICATIVOS 01

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