MINISTERIO DE ENERGIA Y MINAS Direccin Ejecutiva de Proyectos

Norma : MEM/DEP 502

BASES PARA EL DISEO DE REDES SECUNDARIAS CON CONDUCTORES AUTOPORTANTES

Versin 2003 - 0

NORMA DEP/MEM - 502

BASES PARA EL DISEO DE REDES SECUNDARIAS CON CONDUCTORES AUTOPORTANTES

INIDCE 1. ASPECTOS GENERALES 2. CALCULOS ELECTRICOS 3. CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR 4. CALCULOS MECANICOS DE ESTRUCTURAS Y RETENIDAS 5. CIMENTACIN

ANEXO N 1 : PUESTA A TIERRA EN REDES SECUNDARIAS

ANEXO N 2 : CUADRO-PRESTACIONES MECANICAS DE ESTRUCTURAS DE MADERA PARA REDES SECUNDARIAS

BASES PARA EL DISEO DE REDES SECUNDARIAS

CON CONDUCTORES AUTOPORTANTES

1.0 ASPECTOS GENERALES

1.1 ALCANCE Los clculos elctricos y mecnicos que forman parte de este documento corresponden a

las redes secundarias en 380-220 V y 440-220 V, con conductor autoportante con portante de aleacin de aluminio desnudo, de los Pequeos Sistemas Elctricos a ser ejecutados por la DEP/MEM.

1.2 BASES DE CALCULO

Los clculos de las redes secundarias debern cumplir con las siguientes normas y

disposiciones legales.

- Cdigo Nacional de Electricidad Suministros 2001 - Ley de Concesiones Elctricas N 25844 - Reglamento de la Ley de Concesiones Elctricas N 25844 - Normas DGE/MEM, vigentes - Resoluciones Ministeriales(relativo a Redes de Distribucin Secundaria), vigentes. - Normas DEP/MEM 502 Bases para el Diseo de redes secundarias - Normas DEP/MEM 411 Especificaciones tcnicas para el Suministro de Materiales

y Equipos de Redes Secundarias - Normas DEP/MEM 412 Especificaciones Tcnicas de Montaje de Redes

Secundarias, diseos de Armados y detalles. 1.3 PUNTOS DE ALIMENTACION PARA REDES SECUNDARIAS

Los Puntos de Alimentacin para las Redes de Servicio Particular, Alumbrado Pblico y Conexiones domiciliarias, sern de los Tableros de Distribucin de las Subestaciones de Distribucin.

1.4 DEMANDA DE POTENCIA

1.4.1 Cargas de Servicio Particular

Para la calificacin elctrica de servicio particular se han agrupado las localidades en 2 sectores sobre la base de su desarrollo relativo y configuracin urbana

Localidades tipo I Son aqullas que son capitales de distritos o Centros Poblados Urbano-Rurales que presentan configuracin urbana definida, compuesta de plaza y calles.

La calificacin asignada es de 600 W por lote. Localidades tipo II

Son grupos de viviendas situadas en reas rurales que no presentan an configuracin urbana o es incipiente. Las viviendas estn generalmente situadas a lo largo de carreteras, caminos de herradura o dentro de chacras de los propietarios. La calificacin asignada es de 400 W por lote.

Los Consultores encargados de elaborar o actualizar los proyectos, podrn recomendar y adoptar otros valores de calificacin sobre la base de las verificaciones que efectuarn en cada una de los centros poblados.

1.4.2 Cargas de Alumbrado Pblico

En la localidad tipo I, el alumbrado pblico estar restringido a la plaza principal y calles importantes.

En las localidades tipo II, las cargas de alumbrado estar restringido a las subestaciones de distribucin.

Las lmparas de alumbrado y sus cargas sern las siguientes : Tipo de Lmpara Pot. de Lmpara Prdidas Total (W) (W) (W) Vapor de Sodio 50 10,00 60,00 Vapor de Sodio 70 11,60 81,60 Vapor de Sodio 150 18,60 168,60

1.4.3 Cargas Especiales

La calificacin elctrica para las cargas especiales ser determinada por los Consultores encargados del diseo de las redes secundarias.

2.1 CALCULOS ELECTRICOS

2.1. CALCULO DE CAIDA DE TENSION La frmula para calcular redes areas es la siguiente : ? V = K x I x L x 10-3 Donde : I = Corriente que recorre el circuito, en A L = Longitud del tramo, en m K = Factor de cada de tensin Para circuitos trifsicos K= ?3 (r1cos ? +X1 Sen ? ) Para circuitos monofsicos K= 2 (r2 cos ? +X2 Sen ? ) Los factores de cada de tensin se muestran en el cuadro N 1. 2.2 CLCULO DE LA RESISTENCIA ELCTRICA DEL CONDUCTOR r40 C= r20 C [ 1 + ? (t2 - 20)] Donde : r 40 C = resistencia elctrica del conductor a 40 C r 20 C = resistencia elctrica del conductor a 20C ? = Coeficiente de correccin de temperatura 1/C : 0,0036 t2 = 40 C Las resistencias elctricas de los conductores de fase y del portante, se muestran en el

Cuadro N 1. 2.3 CALCULO DE LA REACTANCIA INDUCTIVA Xl = 0,1746 log DMG RMG Donde : DMG = Distancia media geomtrica RMG = Radio medio geomtrico En el cuadro N 1 se muestra las reactancias inductivas para cada configuracin de

conductores.

CUADRO N 1

PARAMETROS Y FACTORES DE CAIDA DE TENSION DE LOS CABLES AUTOPORTANTES

RESISTENCIA DEL

CONDUCTOR

RESISTENCIA DEL CONDUCTOR DE

RESISTENCIA DEL

CONDUCTOR

REACTANCIA INDUCTIVA

FACTOR DE CAIDA DE TENSION

CAPACIDAD DE CORRIENTE

FORMACION DE FASE (ohms/Km) ALUMBRADO PUBLICO (ohms/Km)

NEUTRO (ohms/Km) (ohms/Km) A 40 C (A)

A 20 C A 40 C A 20 C A 40 C A 20 C A 40 C XL(30) XL (10) K (380-220V) K(440-220) K(220VAP) Cond. Fase Cond. A.P.

3x35+16/25 0,868

0,929 1,910 2,045 1,38 1,478 0,094 0,123 1,607 - 3,272 102 64

3x25+16/25 1,200

1,285 1,910 2,045 1,38 1,478 0,100 0,116 2,223 - 3,272 83 64

3x16+16/25 1,910

2,045 1,910 2,045 1,38 1,478 0,110 0,110 3,538 - 3,272 64 64

3x35/25 0,868

0,929 - - 1,38 1,478 0,091 - 1,607 - - 102 -

3x25/25 1,200

1,285 - - 1,38 1,478 0,095 - 2,223 - - 83 -

3x16/25 1,910

2,045 - - 1,38 1,478 0,103 - 3,538 - - 64 -

2x35+16/25 0,868

0,929 1,910 2,045 1,38 1,478 0,086 0,114 3,780 3,272 102 64

2x25+16/25 1,200

1,285 1,910 2,045 1,38 1,478 0,093 0.109 3,776 3,272 83 64

2x16+16/25 1,910

2,045 1,910 2,045 1,38 1,478 0,096 0,096 3,538 3,765 3,272 64 64

2x16/25 1,910

2,045 - - 1,38 1,478 - 0,096 - 3,765 3,272 64 -

1x16/25 1,910

2,045 - - 1,38 1,478 - 0,094 - 3,272 64 -

2.4 MAXIMA CAIDA DE TENSION PERMISIBLE La cada mxima de tensin entre la subestacin de distribucin y el extremo terminal ms

alejado de la red no deber exceder el 7,0 % de la tensin nominal, segn la Norma Tcnica de Calidad de Servicio Elctrico(NTCSE) para zonas rurales, los valores calculados sern: Sistema 380/220 V : Mxima cada tensin 26,6 V Sistema 440/220 V : Mxima cada tensin 30,8 V Sistema 220 V : Mxima cada tensin 15,4 V

2.5 FACTOR DE POTENCIA (Cos ? ) : - Para cargas de servicio particular 1,00 - Para cargas de alumbrado pblico 0,90 2.6 FACTOR DE SIMULTANEIDAD - Cargas de servicio particular 0,50 - Cargas de alumbrado pblico 1,00

2.7 DISTANCIA MNIMAS DEL CONDUCTOR A SUPERFICIE DEL TERRENO

- En lugares accesibles slo a peatones : 5,0 m - En zonas no accesibles a vehculos o personas : 3,0 m - En lugares con circulacin de maquinaria agrcola: 6,0 m - A lo largo de calles y caminos en zonas urbanas : 6,0 m - En cruce de calles, avenidas y vas frreas : 6,5 m

3.0 CALCULOS MECANICOS DE CONDUCTORES

UTOPORTANTES 3.1 OBJETO Los clculos mecnicos tienen la finalidad de determinar las tensiones y flechas en las

diversas condiciones de operacin. 3.2 CARACTERISTICAS DE LOS CABLES AUTOPORTANTES

SECCION DEL DIAM.EXTERIOR MASA MODULO DE COEFICIEN. FORMACION CONDUCTOR TOTAL TOTAL ELAST.DEL DE DILAT. PORTANTE (mm) (kg/m) PORTANTE TERMICA (mm2) (kN/mm2) (1/C) 3x35+16/25 25 20,0 0,481 60,82 21x10-6 3x25+16/25 25 18,5 0,397 60,82 21x10-6 3x16+16/25 25 16,5 0,310 60,82 21x10-6 3x35/25 25 20,0 0,419 60,82 21x10-6 3x25/25 25 18,5 0,336 60,82 21x10-6 3x16/25 25 16,5 0,249 60,82 21x10-6 2x35+16/25 25 20,0 0,362 60,82 21x10-6 2x25+16/25 25 18,5 0,307 60,82 21x10-6 2x16+16/25 25 16,5 0,249 60,82 21x10-6 2x16/25 25 16,5 0,187 60,82 21x10-6 1x16/25 25 16,5 0,125 60,82 21x10-6 3.3 HIPOTESIS DE ESTADO

Las hiptesis de estado para los clculos mecnicos del conductor se definen sobre la base de los factores meteorolgicos. - Velocidad del Viento - Temperatura - Hielo

Sobre la base de la zonificacin del territorio del Per, definir las Hiptesis de estado segn el Cdigo Nacional de Electricidad y SENAMHI; a continuacin las hiptesis base ha considerar para el clculo: HIPOTESIS N 1 : CONDICION DE MAYOR DURACION (EDS) - Temperatura : Media anual (entre 15 y 25 C,

salvo excepciones) - Velocidad de viento : Nula - Sobrecarga de hielo : Nula HIPOTESIS N 2 : DE MINIMA TEMPERATURA Y MAXIMA

VELOCIDAD - Temperatura : Mnima - Velocidad de viento : Mxima - Sobrecarga de hielo : Nula HIPOTESIS N 3 : DE MAXIMA TEMPERATURA - Temperatura : 40 C - Velocidad de viento : Nula - Sobrecarga de hielo : Nula HIPOTESIS N 4 : DE MAXIMA CARGA DE HIELO - Temperatura : Mnima - Velocidad de viento : 50 % de la Velocidad Mxima - Sobrecarga de hielo : 6 mm de espesor En el caso que los Consultores, luego de evaluar las condiciones climticas particulares en el mbito de cada proyecto, encontraran diferencias significativas respecto a las condiciones consignadas en este documento, podrn plantear las modificaciones pertinentes debidamente justificadas.

3.4 ESFUERZOS MECNICOS EN EL CONDUCTOR PORTANTE

- El esfuerzo del conductor portante de aleacin de aluminio ser en todos los casos, de 52,3 N/mm2, aproximadamente 18% del esfuerzo de rotura del conductor.

- El esfuerzo mximo del conductor no superar 176 N/mm2. - Cuando, debido a la presencia de hielo, los esfuerzos en el conductor portante

sobrepasaran lo mximo establecido, el consultor podr adoptar un esfuerzo EDS menor a 52,3 N/mm2 .

3.5 CLCULO DE CAMBIO DE ESTADO

Los clculos de cambio de estado se han efectuado mediante la ecuacin cbica cuya expresin matemtica es : T32 - [ T1 - dEW1 - ? E (t2 - t1)] T2 = d EW 24 S T1 24 S2

Donde : Ti = Esfuerzo horizontal en el conductor para la condicin i, en N/mm. d = Vano de clculo, en m. E = Mdulo de elasticidad final del conductor, en N/mm S = Seccin del conductor en mm Wi = Carga en el conductor en la condicin i ti = Temperatura en la condicin i ? = Coeficiente de dilatacin (1/C) Las longitudes de vanos sern calculados segn la normatividad y necesidades de la aplicaciones.

4.0 CALCULOS MECANICOS DE ESTRUCTURAS Y RETENIDAS

4.1 OBJETO

Estos clculos tienen por objeto determinar las cargas mecnicas en los postes, cables de

retenidas y sus accesorios, de tal manera que en las condiciones ms crticas, es decir a temperatura mnima y mxima de velocidad de viento no se superen los esfuerzos mximos previstos en el Cdigo Nacional de Electricidad.

Los factores de seguridad respecto a la carga de rotura, en condiciones normales, sern las siguientes:

- Postes de madera 3 - Postes de concreto 2 - Cables de retenida 2 - Accesorios de ferretera 2 No se efectuarn clculos en condiciones de emergencia, es decir, con rotura de

conductor. 4.2 FORMULAS APLICABLES - Momento debido a la carga del viento sobre los conductores : MVC = (PV) (L) (fC) (SHi) Cos ? 2

- Momento debido a la carga de los conductores :

MTC = 2 (TC) (S Hi) sen ?

2 MVP = [ (PV) (h2) (Dm + 2 Do]/600 - Momento total en condiciones normales : MRN = MVC + MTC + MVP

- Esfuerzo del poste en la lnea de empotramiento en postes de madera : RH = MRN 3,13 x 10-5 x (C)3

- Carga crtica en el poste de madera debida a cargas de compresin: Pcr = ? 2 E I I = ? Dm3 Do (kl)2 64

- Deflexin Mxima del Poste de Madera:

- Carga en la punta del poste de concreto, en hiptesis de condiciones normales: QN = MRN . (hl - 0,15)

Donde : Pv = Presin del viento sobre superficies cilndricas L = Longitud del vano, en m TC = Carga del conductor portante en N fC = Dimetro total del cable autoportante, en m a = 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 h = Altura libre del poste, en m H = Altura de la carga en la estructura con respecto al suelo, en m Wc = Masa total del cable autoportante, en kg/m WAD = Peso de un hombre con herramientas, igual a 100 kg C = Circunferencia del poste en la lnea de empotramiento, en cm E = Mdulo de Elasticidad del poste, a kN/cm2 I = Momento de inercia del poste, en cm4

l = Altura respecto al suelo del punto de ubicacin de la retenida en el poste. K = Factor que depende de la forma de fijacin de los extremos del poste.

%43

??EI

MRN?

Los resultados de los clculos mecnicos, por cada tipo de estructuras y configuracin de conductores, debern resumirse en cuadros de prestaciones mecnicas similares a los que se adjuntan en los formatos siguientes:

Para el clculo de retenidas se considerar cable de acero grado SIEMENS-MARTIN de 10 mm de dimetro. El ngulo de inclinacin respecto del cable de retenida respecto al eje vertical ser de 30

5.0 CIMENTACION DE POSTES

El clculo de las cimentaciones de los postes se basa en su estabilidad, para ello se utiliza el mtodo de Sulzberger; este mtodo se aplica segn la capacidad portante del tipo de terreno donde se va a efectuar la instalacin de los Postes de Redes Secundarias.

ANEXO N 1

PUESTAS A TIERRA EN REDES SECUNDARIAS

1. Objetivo

Establecer los criterios para el dimensionamiento de las puestas a tierra en Redes Secundarias, para proyectos que ejecuta la DEP/MEM. El adecuado diseo de las Puestas a tierra en Redes Secundarias busca garantizar la seguridad de las personas, de los equipos y lograr una adecuada operacin de los sistemas.

2. Antecedentes La Oficina de Estudios de la Direccin Ejecutiva de Proyectos ha normalizado valores mximos de resistencias de puesta a tierra en lneas y redes primarias, redes secundarias y subestaciones de distribucin; aplicando para este fin las ms actualizadas normas internacionales y analizando los principios fsicos que dan lugar a tales requerimientos.

3. Definicin de los valores mximos de resistencia de puesta a tierra

3.1 Redes Secundarias en 380-220 V

La Norma alemana VDE 0100 establece que, en redes secundarias en este nivel de tensin, el valor equivalente de todas las puestas a tierra del conductor neutro, sin incluir las puestas a tierra de la Subestacin de distribucin, ni del usuario, debe tener un valor mximo de 2 ohm. El criterio que aplica esta norma es que al producirse una falla a tierra en una de las fases, en las otras fases (no falladas), la tensin fase-neutro no debe superar la tensin la tensin de 250 V. El fenmeno de desplazamiento del neutro define el mximo valor que debe tener la resistencia a puesta a tierra equivalente; por tal razn para redes triifasicas de 380-220 V, se recomienda un valor de 3 ohm. Sin embargo, existen Normas de otros pases que acepta valores mas altos como 5 ohms; asimismo, la Direccin General de Electricidad del M.E.M , ha establecido el valor de resistencia de puesta a tierra para Redes Secundarias de 6 ohms en la Norma DGE 009-T-3/1987; por lo que la DEP/MEM considera como aceptable, normalizarlo para sus proyectos.

3.2 Redes Secundarias en 440-220 V En redes secundarias monsticas no existe el fenmeno de desplazamiento del neutro, por lo que las puestas a tierra deben dimensionarse con el criterio de seguridad de las personas; por lo tanto, el valor de 10 ohms establecido por la Directiva 001/85-EM/DGE es razonable y debe ser aplicado en los Proyectos de la DEP/MEM.