calculo mecanico lineas electricas efecto creep

Cálculos Justificativos Línea de Transmisión - ELM

SZ-11-327/002 R:\LBRENA\SZ-11-327\Ingeniería Definitiva\Volumen V - Cálculos Justificativos\Parte I\Memoriadecalculos.doc

4.0 CÁLCULO MECANICO DEL CONDUCTOR Y DEL CABLE OPGW 4.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES Y CABLE DE

COMUNICACIÓN OPGW Las características del conductor y cable OPGW que se usaran en los tramos de la línea de transmisión 138 kV Socabaya-Parque Industrial, son las siguientes: a) Características del Conductor de Suministro

Las características técnicas de los conductores de suministros son los siguientes: Las características del conductor de fase seleccionado es el siguiente: - Nivel de Tensión : 138 kV - Tipo : AAAC - Código : CAIRO - Calibre : 465.4 MCM - Sección : 235,8 mm² - Diámetro : 19,88 mm - N° de hilos x diámetro : 19x3,975 mm - Peso unitario : 0,650 kg/m - Carga de rotura mínima : 7 076 kg - Módulo de elasticidad final : 6 300 kg/mm² - Resistencia eléctrica 20°C en CC : 0,142 ohm/km - Resistencia eléctrica 25°C en AC : 0,1423 ohm/km - Resistencia eléctrica 75°C en AC : 0,1702 ohm/km - Coeficiente de expansión lineal : 23 E-06 °C-1

b) Características del Cable OPGW

La línea de transmisión de 138 kV, llevará un cable tipo OPGW con refuerzo no metálico para las fibras, el cual tendrá las siguientes características mecánicas: - Tipo : OPGW - Sección : 70 mm² - Diámetro : 13,6 mm

Cálculos Justificativos Línea de Transmisión - ELM 4.2


- Peso unitario : 0,550 kg/m - Carga de rotura mínima : 7 880 kg - Módulo de elasticidad final : 12 500 kg/mm - Coeficiente de expansión lineal : 14,4 E-06 °C-1

4.2 CÁLCULO DEL CREEP Se calcula el efecto del creep (elongación inelástica) para el conductor AAAC-240 mm² seleccionado para la línea aérea de 138 kV. El cálculo del creep se efectúa para la condición sin pretensado con 8°C adicionales al EDS, utilizando el método CIGRE (Revista Electra N° 75), para lo cual se asume los siguientes tiempos para cada estado del conductor: - Tiempo total 20 años ( 175 200 horas) - Tiempo de tendido 2 160 horas - Tiempo de tiro máximo 219 horas - Tiempo de máxima temperatura 4 562 horas

Este cálculo se realiza mediante una hoja de cálculo que se adjunta a continuación:

CALCULO DE CREEP

DATOS DE INGRESODESCRIPCION SIMBOLO UNIDAD VALORNIVEL DE TENSION kV 138CONDUCTOR AAACCALIBRE 240SECCION DEL CONDUCTOR s mm2 235.8DIAMETRO DEL CONDUCTOR mm 19.88PESO DEL CONDUCTOR Wc kg/m 0.65CARGA DE ROTURA MINIMA To kg 7076MODULO DE ELASTICIDAD E kg/mm2 6300COEF. DE DILATACION LINEAL °C-1 2.30E-05EDS kg/mm2 4.80

= Constante 0.15 = Temperatura media del conductor (ªC) 20 = 1.4 = esfuerzo en el conductor en la condición E.D.S (kg/mm²) 4.80 = 1.3 = 0.16

t = tiempo en horas

Temperatura Equivalente

Tiempo Tiempo (t) Creep Temperatura (ªC)Años horas (mm/km) Equivalente

3 dias 72 151.52 6.591 8760 175.15 7.622 17520 213.46 9.283 26280 237.92 10.344 35040 256.27 11.145 43800 271.09 11.796 52560 283.60 12.337 61320 294.46 12.808 70080 304.10 13.229 78840 312.76 13.60

10 87600 320.66 13.9411 96360 327.91 14.2612 105120 334.63 14.5513 113880 340.90 14.8214 122640 346.77 15.0815 131400 352.30 15.3216 140160 357.53 15.5417 148920 362.50 15.7618 157680 367.22 15.9719 166440 371.72 16.1620 175200 376.04 16.3521 183960 380.17 16.5322 192720 384.14 16.7023 201480 387.97 16.8724 210240 391.65 17.0325 219000 395.21 17.1826 227760 398.65 17.3327 236520 401.99 17.4828 245280 405.22 17.6229 254040 408.35 17.7530 262800 411.40 17.89



La temperatura equivalente en el conductor AAAC debido al efecto CREEP para 20 años de instalado es: 16,35 °C. Para la localización de las estructuras se usará una temperatura equivalente igual a 75º C + 16,35º C = 91,35º C 4.3 SELECCIÓN DE LA TENSIÓN EDS DEL CONDUCTOR AAAC La selección de la tensión media EDS del conductor tipo AAAC, se efectúa considerando las limitaciones establecidas en la regla 261.H.1 del CNE Suministro 2011. A partir de la condición que la superficie del terreno es relativamente planas y que los vanos dentro de la zona urbana serán en promedio de 180m, se ha establecido la tensión EDS en condición inicial igual a 16 % de la resistencia a la rotura nominal del conductor, resultando que para la condición final la tensión EDS quede en el orden del 12 al 14% de la resistencia a la rotura nominal del conductor. Las condiciones ambientales que regirá el estado EDS es una temperatura media anual de 15°C y sin carga de viento. La componente horizontal de la tensión de tracción del conductor, en condición EDS inicial será la siguiente:

22 /80,4

10016

8.2357076%16 mmkg

mmkgInicialEDS

Los esfuerzo en condición inicial es utilizado para el dimensionamiento de las estructuras en condición de viento máximo transversal. 4.4 HIPÓTESIS DE CARGA Las hipótesis de carga que regirán el cambio de estado del conductor tipo AAAC de 240 mm², corresponde a la Zona C y el Área 0 de carga y son los siguientes: Hipótesis 1 Condición EDS Inicial Presión de viento medio, 0 kg/m²



Temperatura media, 15 °C (Condiciones del sitio) Esfuerzo unitario, 16% de resistencia de rotura nominal, condición Inicial

Hipótesis 2 Condición de carga de viento sólo Presión de viento máximo, 42,60 kg/m². Temperatura, 10 °C ( Según recomendación del CNE Suministro 2011)

Según la regla 261.H.1.a se verifica que el esfuerzo máximo del conductor, no debe superar el 60% de la resistencia a la rotura nominal, aplicando el factor de sobrecarga correspondiente. Hipótesis 3 Condición de carga de viento y hielo combinado Presión de viento reducido, 10,65 kg/m² Temperatura, 5 °C ( Según recomendación del CNE Suministro 2011) Espesor de manguito de hielo, 0 mm Densidad del hielo, 913 kg/m3

Hipótesis 4 Condiciones de máxima temperatura Presión de viento, 0 kg/m² Temperatura, 91,35 °C, para condición final, en donde se incluye la temperatura

ambiente máxima + la temperatura del conductor por paso de la corriente (75 °C) + la temperatura por efecto CREEP (16,35 °C).

Esta hipótesis se utiliza en la ubicación de estructuras y verifica la distancia de seguridad del conductor respecto al suelo. Hipótesis 5 Condiciones de oscilación de la cadena Presión de viento, 190 Pa Temperatura, 25 °C

Esta hipótesis se utiliza para determinar el ángulo de oscilación de las cadenas de aisladores en la estructura en zonas urbanas. Para zonas rurales se debe utilizar la presión de viento equivalente a 290 Pa. 4.5 COORDINACION ENTRE CONDUCTOR DE FASE Y CABLE OPGW

4.5.1 Coordinación entre conductor de fase y cables OPGW Con la finalidad de determinar en forma adecuada la separación entre los conductores de las fases superiores y los cables de guarda a lo largo de los vanos de la línea, se efectúa la coordinación de tensiones mecánicas, que implica necesariamente una coordinación de flechas entre conductor de fase y cables de guarda.



La práctica común en proyectos de este nivel establece la siguiente relación: la flecha del cable OPGW será igual al 90 % de la flecha del conductor, calculado en condiciones EDS inicial. De la coordinación con el conductor AAAC 240 mm² de la línea de transmisión de 138 kV, resultan los siguientes tensados: Tensado EDS del conductor : 16% Tensado EDS del cable OPGW : 13.5% 4.5.2 Hipótesis de carga para el cable OPGW Las hipótesis de carga a utilizar en los cables de guarda OPGW son las siguientes: Hipótesis 1 Condición EDS final

Presión de viento medio, 0 kg/m² Temperatura media, 15 °C Esfuerzo unitario, 13,5% de resistencia de rotura nominal, condición final

Hipótesis 2 Condición de carga de viento sólo Presión de viento máximo, 42,60 kg/m². Temperatura, 10 °C

Según la regla 261.H.1.a. se verifica que el esfuerzo máximo del conductor o cable tipo OPGW, no debe superar el 60 % de la resistencia a la rotura nominal, aplicando factor de sobrecarga correspondiente. Hipótesis 3 Condición de carga de viento y hielo combinado Presión de viento reducido, 10,65 kg/m² Temperatura, 5 °C Espesor de manguito de hielo, 0 mm Densidad del hielo, 913 kg/m3

Hipótesis 4 Condiciones de máxima temperatura Presión de viento, 0 kg/m² Temperatura, 22 °C, para condición final.

4.6 CAMBIO DE ESTADO DEL CONDUCTOR Y CABLE TIPO OPGW 4.6.1 Cambio de Estado del Conductor y cable tipo OPGW El cambio de estado del conductor para las diferentes vanos y distintas condiciones ambientales, se efectuará mediante la siguiente ecuación cúbica:



02424

322

12

32223 ESCosWd

SESCosttSECosWdTT f

ii

iff

Donde: Tf = Tiro horizontal final (kg) d = Vano (m) Wi = Peso unitario inicial (kg/m) Wf = Peso unitario final (kg/m) S = Sección del conductor (mm²)

i = Esfuerzo horizontal unitario inicial (kg/mm²) t2 = Temperatura final (°C) t1 = Temperatura inicial (°C)

= Coeficiente de dilatación lineal (1/°C) E = Módulo de elasticidad (kg/mm²)

2

1

1

DH

Cos

H/D = Relación desnivel / vano 4.6.2 Resolución de la Ecuación de Cambio de Estado La Ecuación de Cambio de Estado del conductor se realiza mediante la ejecución del programa de cómputo CAMECO2 el cual resuelve la ecuación del cambio de estado utilizando el Método de Cardán, siendo la ecuación a resolver:

X PX Q3 0 Donde los coeficientes P y Q son definidos de la siguiente manera:

; QS

d W ECosf

24 2

2 2 3

En el Anexo N°2, se presentan las salidas de los cambios de estado del conductor AAAC-240 mm² y del cable tipo OPGW, presentando para cada vano seleccionado los siguientes resultados: esfuerzos unitarios finales, tiros horizontales finales, tiros máximos, flechas en estado final y parámetros de máxima temperatura.

PWW

S t td W Cos

Sd W ECos

i

i f f

i

f

2

2 2

22 1

2 2 2

2

2 2 3

24 24( )

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