Capitulo LV Calculos Justificativos

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65 Cap 4 Cálculos Justificativos UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN Capítulo IV CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS 4.1 BASE DEL CÁLCULO......................................66 4.2 CÁLCULOS ELÉCTRICOS...................................67 4.2.1 Cálculo De La Demanda De Potencia..................67 4.2.2 Calculo Del Radio De La Subestación................68 4.2.3 Calculo Del Conductor..............................70 4.2.4 Calculo Del Aislamiento............................72 4.3 CÁLCULOS MECÁNICOS....................................73 4.3.1 CALCULO DE LA ALTURA DEL POSTE.....................73 4.3.2 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR...................75 4.3.3 CÁLCULOS MECÁNICOS DE LA CRUCETA...................79 4.3.4 CALCULO MECÁNICO DEL POSTE.........................80 ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRICA

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Cap 4 Cálculos Justificativos UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

Capítulo IV CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS

4.1 BASE DEL CÁLCULO...................................................................................................................... 66

4.2 CÁLCULOS ELÉCTRICOS..............................................................................................................67

4.2.1 Cálculo De La Demanda De Potencia.............................................................................67

4.2.2 Calculo Del Radio De La Subestación............................................................................68

4.2.3 Calculo Del Conductor......................................................................................................... 70

4.2.4 Calculo Del Aislamiento......................................................................................................72

4.3 CÁLCULOS MECÁNICOS...............................................................................................................73

4.3.1 CALCULO DE LA ALTURA DEL POSTE..........................................................................73

4.3.2 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR................................................................75

4.3.3 CÁLCULOS MECÁNICOS DE LA CRUCETA...................................................................79

4.3.4 CALCULO MECÁNICO DEL POSTE..................................................................................80

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRICA

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Capítulo IVCÁLCULOS JUSTIFICATIVOS

4.1BASE DEL CÁLCULO

Los cálculos de las Líneas y Redes Primarias deberán cumplir con las siguientes

normas y disposiciones legales.

En la elaboración de estas bases se han tomado en cuenta las prescripciones de las

siguientes normas:

Código Nacional de Electricidad Suministro 2001

Ley de Concesiones Eléctricas N° 25844

Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas N° 25844

Normas DGE/MEM vigentes,

Especificaciones Técnicas para la Electrificación Rural de la DGE/MEM

vigentes.

Resoluciones Ministeriales (relativo a Sistemas Eléctricos para tensiones entre

1 y 36 kV- Media Tensión) vigentes.

Norma DGE “Bases para el Diseño de Líneas y Redes Primarias para

Electrificación Rural” 3 de 35

En forma complementaria, se han tomado en cuenta las siguientes normas

internacionales:

NESC (NATIONAL ELECTRICAL SAFETY CODE)

REA (RURAL ELECTRIFICATION ASSOCIATION)

U.S. BUREAU OF RECLAMATION - STANDARD DESIGN

VDE 210 (VERBAND DEUTSCHER ELECTROTECHNIKER)

IEEE (INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS)

CIGRE (CONFERENCE INTERNATIONAL DES GRANDS RESSEAUX

ELECTRIQUES)

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NORMA BRASILEÑA DE LINEAS DE TRANSMISION

ANSI (AMERICAN NATIONAL STANDARD INSTITUTE)

IEC (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)

4.2CÁLCULOS ELÉCTRICOS

4.2.1 Cálculo De La Demanda De Potencia

Tenemos como parámetros de cálculo lo siguiente:

Calificación eléctrica C e=1700w / lote

Numero de lotes Nº lotes= 46

Factor de Potencia cosφ=0.9

Factor de simultaneidad: f s=0.6

Tensión de Operación V L=10 kV

Alumbrado Público: AP=20 % del Sp

Cargas Especiales: CE=5% del S p

Perdidas: ∆ P=15 %del Sp

Potencia Total En KW Es:

PT=SP+AP+∆P+CEPT=1.4∗S P

Potencia En Función De SP En KVA Es:

Teniendo que el factor de potencia es 0.9 tenemos:

cos (φ )∗ST=PT

ST=1.4∗SP

0.9=ST=1.79∗SP

Servicio Particular:

Sp=Ce (calificacionelectrica )∗n (Nº de lotes )∗f s ( factor de simultaneidad )

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Sp=(C e∗n∗f s )

1000[KW ]

Potencia Total En KVA Es:

ST=1.79∗(C e∗n∗f s )

1000

ST=1.79∗(1700∗46∗0.6 )

1000=83.98KVACálculo Del Número De Subestaciones

Stotal−KVA=83.98KVA

NºSE=83.98

50=1.68≈2

Se usaran 2 Subestaciones de 50 KVA

4.2.2 Calculo Del Radio De La Subestación

Hallamos La Densidad De Carga

δ= MD∗nÁ reatotal deresidensias

= 1700∗469001.1104

=8.68W /m2

f s=0.6

Calculo Del Área Servida

A=559∗SKVA

f s∗δ=

559∗SKVA

0.6∗8.68=107.33¿ SKVA

Hallamos El Factor De Corrección De Área

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f a=Área total

Á reanetaa servir

CUADRO GENERAL DE AREAS – EL MIRADOR LOS MILAGROS

DESCRIPCIONA. PARCIAL (

m2)A. TOTAL (

m2)%

ÁREA ÚTIL RESIDENCIA 9001.1104 9001.1104 83.16

CIRCULACIÓNAREA

PEATONAL720.6670

1822.44173 16.84AREA DE VÍAS 1089.7240

AREA TOTAL PERIMETRICO 10823.55 10823.55 100

f a=10823.55

9001.1104=1.21

Entonces el área a servir será:

A´=1.21∗107.33∗S KVA=129.87¿SKVA

Como la potencia de la SE. Es de 50 KVA remplazamos en la formula anterior

A´=129.8∗50=6493.47m2

Hallamos el radio

r=√ A´π

=√ 6493.47π

=45.46m

4.2.3 Calculo Del Conductor

Vamos a usar el conductor AAAC de 25mm y veremos si cumple con la máxima caída de tensión de 5%.

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Calculo por caída de tensión

Calibre

[mm2]

Hilos

Diámetro

Hilo

[mm]

Diámetro

Conductor

[mm]

Peso

Kg/Km

Resistencia

Eléctrica Capacidad de

Corriente20ºC

[Ohm/Km]

80ºC

[Ohm/Km]

25 7 2.15 6.5 70 1.31 1.59 125

Diagrama de carga de las SE (falta)

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4.2.4 Calculo Del Aislamiento

Para este ítem, solo calcularemos la línea de fuga requerida:

El grado de contaminación es media por lo que usaremos que

Lesp = 20mm/kvØ-Ø

El lugar está situado a una altura de 2400msnm, usaremos δ=0.75 (interpolando)

L(aislador )=V max (Lespecifica)

δ=

10∗1.1∗(20)0.75

=293.33mm

Entonces utilizaremos el aislador tipo HAP-185 ANSI CLASS 55-5

4.1CÁLCULOS MECÁNICOS

4.1.1 CALCULO DE LA ALTURA DEL POSTE

Se tomara una configuración simétrica de la siguiente manera:

H

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Calculamos La Flecha (F)

F=w∗a2

8∗T 0

= 0.070∗1502

8∗0.13∗723.9=2.09m

Calculamos La Distancia Flecha Suelo (Dft)

dft según el CNE:

Carreteras y avenidas = 6.5m

Carreteras y calles = 6m

Calles no transitables = 5m

Calle es zonas rurales = 6m

Tomamos como dft = 6.5 m

Calculo De La Distancia Vertical (dv)

Según el CNE. Hasta 11KV tenemos un dv=0.8m

Calculo De La Distancia Del Aislador A Tierra (dat)

dat=0.1+ Vmax150∗δ

=0.1+ 10∗1.1150∗0.75

=0.198≅ 0.20m

Para La Distancia Horizontal (dh)

dh /2=7.6kV max

δ+20.4∗√F−610=0.89m ; para conductores menores 35 mm2

Calculando La Altura (H)

H=dv+F−dat+dft+edon dee= H10

+0.6

H=109

∗(dv+F+dft+0.6)

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H=109

∗(0.8+2.09+6.5+0.6 )=11m

La concesionaria SEAL S.A. tiene como altura mínima para poses de redes

primarias 13 m por lo que:

H=13m

Calculando El Empotramiento (E)

e= H10

+0.6=1310

+0.6=1.9m

4.1.2 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR

El conductor seleccionado para la red primaria será de aleación de aluminio, AAAC fabricado según las normas ASTM B309, ASTM B399 o IEC 1089.

Características Del Conductor

Material : aleación de aluminio AAAC Tipo : desnudo Sección : 25 mm2

Diámetro : 6.5 mm Peso: 70 Kg. / Km. Carga ruptura: 723.9 Kg Módulo de elasticidad : 6000 Kg./mm2

Coeficiente de dilatación lineal : 23 x 10 -6

Sección (mm2)

N° de Alambres

Diámetro exterior

(mm)

Tiro de

rotura (kg)

Peso (kg/m)

Esfuerzo de rotura (kg/mm2)

Módulo de elasticidad(kg/mm2)

Coef. De dilatación

(°C-1)

25 7 6.5 723.9 0.07 28.956 6200 0.000023

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Hipótesis de cálculo

1) Condiciones de templado Temperatura :20°C Velocidad del viento :0 km/h

2) Máximo esfuerzo Temperatura :5°C Velocidad del viento :90 km/h Factor de seguridad :3.5

3) Mínimo esfuerzo Temperatura :40°C Velocidad del viento :0 km/h

Calculamos Analizando La Hipótesis 2:

S=25mm2

T r=723.9Kgdiametro=6.5mm

Calculamos El Esfuerzo De Rotura:

σ r=T r

S

σ r=723.9

25=28.96Kg /mm2

σ max=28.963.5

=8.2742Kg /mm2

Notamos que el valor es menor que 9 Kg/mm2

Entonces Los Datos Para Nuestra Hipótesis 2 Son:

T=5 ºC Pv=0.0042∗90=34.02Kg /m2

σ=8.2742Kg /mm2

Las ECE para vanos al mismo nivel:

A=[αE (θ2−θ1)+a2W 1

2 E

24S2σ12−σ 1]

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B=a2W 2

2E

24 A2

Tenemos que:

σ 22 (σ 2+A )=B

Entonces Para Las Condiciones Iníciales (Hipótesis 2)

W v=Pv

∅ c

1000=34.02

6.51000

=0.2211Kg /m

W R=(W c2+W v

2)1/2

W R=(0.0702+0.22112)1 /2

W R=0.232Kg /m

En resumen tenemos: (Hipótesis 2, de done partimos)

σ 1=8.27Kg /mm2

θ1=5oC W 1=0.232Kg /m S=25mm2

α=2.3∗10−5

a=150m E=6000Kg /mm2

CALCULOS PARA LA HIPOTESIS 1: Calculo de las condiciones finales (Hipótesis 1):

σ 2 = ¿? θ2=20ºC W 2=0.070Kg /m S=25mm2

α=2.3∗10−5

a= 150 m E=6000Kg /mm2

Calculamos A:

A=[αE (θ2−θ1)+a2W 1

2 E

24S2σ12−σ 1]

A=¿A=0.8828

Calculamos B:

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B=a2W 2

2E

24 S2

B= 1502 0.0702 600024 (25¿¿2)=44.1¿

Finalmente:

σ 22 (σ 2+0.8828 )=44.1

σ 2=3.26Kg

mm2

No excede al 40% de tiro de ruptura del cable σ r=28.96Kg /mm2

Este será el valor del esfuerzo de templado para una temperatura de 20 ºCEntonces los datos para nuestra hipótesis 1 son:

T=20oC Pv=0Kg /m2

σ=3.26Kg /mm2

CALCULOS PARA LA HIPOTESIS 3: Mínimo Esfuerzo Y Máxima Flecha.

Condiciones en la hipótesis 3:

T=40oC Pv=0Kg /m2

w3=0.070Kg /m σ 3=¿?

Luego tenemos los siguientes valores:

Calculamos A:

A=[αE (θ3−θ1)+a2W 1

2 E

24S2σ12−σ 1]

A=¿A=3.64

Calculamos B:

B=a2W 2

2E

24 S2

B= 1502 0.0702 600024 (25¿¿2)=44.1¿

Finalmente:

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σ 22 (σ 2+3.64 )=44.1

σ 2=2.648Kg /mm2

Concluyendo:

Hipótesis 1: templado 3.26 kg/mm2 Hipótesis 2: máximo esfuerzo 8.2743 kg/mm2 Hipótesis 3: mínimo esfuerzo 2.648kg/mm2

1 (kg/mmσ 2) 2 (kg/mmσ 2) 3 (kg/mmσ 2)3.26 8.2743 2.648

Calculo flecha:

fmáxima=a2∗ω3

8∗σ3∗S

fmáxima= 1502∗0.0708∗2.648∗25

fmáxima=2.97≅ 3.00

fmínima=a2∗ω2

8∗σ 2∗S

fmínima= 1502∗0.28∗8.2743∗25

fmínima=2.7

4.1.3 CÁLCULOS MECÁNICOS DE LA CRUCETA

Calculo De La Sobrecarga Por Viento

Presión del viento sobre la cruceta

Pv=0.00962∗v2=77.922Kg /m2

Carga del viento:

W v=Pv

∅ c

1000=77.92

6.51000

=0.50648Kg

F vc=amW v=150∗0.50648=75.792KgFH=76Kg

Calculo De La Sobrecarga Por Peso

W c=0.070Kg /mF c=0.070∗(150 )=10.5kg

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FV=Fc+Peso de la ferreteria+peso deuna personaFV=10.5+2.5+90=103Kg

FV=103Kg

Calculo de la fuerza resultante

FR=√F H2+FV

2

FR=√762+1032

FR=128.0039Kg

Aplicamos Un Factor De Seguridad 3.5:

FR=179.10∗3.5

FR=448.0137Kg

4.1.4 CALCULO MECÁNICO DEL POSTE

Fuerza Del Viento Sobre Los Conductores:

W v=Pv

∅ c

1000=38.961

6.51000

=0.2532Kg /m

FVC=0.2532∗150=37.98Kg

Page 15: Capitulo LV Calculos Justificativos

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Calculo de la carga del viento sobre el poste:

Donde: h=11.10m

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e=1.9m d p=150 diámetro en la punta db=330 diámetro en la base H=13m

Calculo Del Diámetro En El Punto De Empotramiento:

de=dp+h( db−d p

H )de=150+11.10( 330−150

13 )de=303.6923mm

F vp=(de+d p)

2h∗Pv

Donde La Presión Del Viento En El Soporte Es (V: Velocidad Del Viento=90):

Pv=0.00481∗v2=38.961Kg /m2

F vp=(303.6923+150)

2∗100011.10∗38.961

F vp=98.1035KgCalculo De Z:

Z=h3

(de+2d p)de+d p

Z=11.103

(303.6923+2(150))303.6923+150

Z=4.9233m

Calculamos El Esfuerzo En La Punta

∑Mo=2∗Fvc∗h1+Fvp∗Z+Fvc∗h2

∑Mo=2∗37.98∗10.3+98.1035∗4.9233+37.98∗11.10

∑Mo=1686.9590Kg /m

F eq=1686.9590

11.1F eq=151.9783Kg

Comercialmente se tiene postes de 300Kg de carga de trabajo por lo que el poste seria, pero hubiéramos podido seleccionar 13/200/140/320 pero sería un poco riesgoso por eso optamos por 13/300/150/330 por una cuestión de diseño.

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13/300/150/330/peso/4