29666149-Calc-Linea-230-kV

PLANTA TERMOELCTRICA TERMOBARRANCAS

1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KVRev. FECHA DATE OBJETO OBJECT ELABOR / BY Iniciales/Initials REVIS/ REWD. Iniciales/Initials APROB/APVD. Iniciales/Initials

0 1

28Abr06 30Jun06

Emisin original Incorporacin de comentarios

CG CG

HC HC

RA RA

1132-001-020-E01-CAL-800_REV1_LINEA.DOC

1 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV

ndice Pgina 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. OBJETIVO .................................................................................................................. 3 CDIGOS Y NORMAS APLICABLES ........................................................................ 3 DESCRIPCIN DEL ARREGLO DE LA SUBESTACIN........................................... 3 RUTA DE LA LNEA ................................................................................................... 4 CONDICIONES AMBIENTALES DE LA ZONA .......................................................... 4 TERMINOLOGA EMPLEADA EN EL CLCULO DE LA LNEA ................................ 4 SELECCIN DEL CONDUCTOR Y CABLE DE GUARDA......................................... 7 UBICACIN DE TORRES ........................................................................................ 24 FENMENO DE VIBRACIN................................................................................... 25 ESTRUCTURAS ....................................................................................................... 27 ANEXO A. DATOS DEL CONDUCTOR ................................................................... 38 ANEXO B - DATOS DEL CABLE DE GUARDA........................................................ 39 ANEXO C. RBOLES DE CARGAS EN LAS TORRES ........................................... 40


2 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV

1. OBJETIVO Diseo de un tramo de 1560 metros de lnea de transmisin, circuito simple, que tiene por finalidad transportar energa elctrica (300 MW) desde la subestacin de la Planta TERMOBARRANCAS hasta la Subestacin BARINAS IV de CADAFE La seccin del conductor se determinar por la potencia a transmitir de 300 MW. No se plantea transmisin en condiciones de emergencia. Se usar conductor ACAR 1100 MCM, definido en la Ingeniera Bsica, el cual coincide con el normalizado por la empresa de energa elctrica CADAFE, en sus circuitos a 230 KV. Los clculos realizados cubren la determinacin de la temperatura mxima del conductor al transmitir la potencia especificada y el clculo mecnico para determinar las tensiones y flechas en el cable. Estos valores determinarn las cargas que actan sobre las estructuras de soporte y su altura. Durante el diseo se verificar que la altura mnima de los conductores sobre el suelo, sea mayor que 7,0 metros y en los cruces de carreteras asfaltadas la altura mnima de los conductores ser de 11,0 metros como establecen las normas de CADAFE. 2. CDIGOS Y NORMAS APLICABLES Se cumplir con los requisitos establecidos por los cdigos y normas aplicables, indicados a continuacin, garantizando la operatividad del equipo a fabricar: Normas FONDONORMA FONDONORMA 200-2004 Normas CADAFE NL-AV 1985 Normas Generales para Proyectos Transmisin a 115 kV y 230 kV. de Lneas de Cdigo Elctrico Nacional.

3. DESCRIPCIN DEL ARREGLO DE LA SUBESTACIN Esta conformada por una disposicin de Doble Barra, a la cual se conectar el generador de la Planta y las salidas de lneas previstas. Esta configuracin es de fcil instalacin y mantenimiento, reducido costo y mnima complicacin en el esquema de proteccin de la instalacin. Las salidas de lnea sern instaladas sobre estructura de amarre para un circuito a 230 KV el cual ir desde el prtico de salida de la subestacin TERMOBARRANCAS hasta la subestacin BARINAS IV.1132-001-020-E01-CAL-800_REV1_LINEA.DOC

3 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV En la figura No. 1 se puede apreciar el arreglo para la subestacin.Fig no. 1 Disposicin de la subestacin 230 kv

4. RUTA DE LA LNEA El trazado de la lnea de transmisin qued definido en la Ingeniera Bsica por Termobarrancas y se present en el plano del proyecto N1132-001-020-E01-TEC-800. 5. CONDICIONES AMBIENTALES DE LA ZONA Para los datos geogrficos y meteorolgicos, ver el documento de criterios de diseo. 6. TERMINOLOGA EMPLEADA EN EL CLCULO DE LA LNEA A continuacin se describe un conjunto de trminos utilizados en los clculos de la lnea de transmisin: Apoyo: Soporte fsico, poste o torre, erigido verticalmente desde el suelo con la finalidad de sostener, amarrar el conductor, estos se clasifican: Suspensin en alineacin Amarre en Angulo Terminal

Vano: Distancia comprendida entre dos apoyos consecutivos. Vano medio: Semi suma de dos vanos reales adyacentes a un apoyo.


4 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV Vano ficticio: Para un tramo de lnea, es el vano que representa al conjunto para los clculos de variaciones de tensin en los cables. Se define como:

af =

a a

3

r r

a + a 2 + ... + a n = 1 a1 + a 2 + ... + a n3 3

3

Vano Gravante Obtenido: Vano gravante realmente obtenido en la ubicacin de los apoyos. Representa la longitud total comprendida entre el punto de inflexin de la catenaria de dos vanos consecutivos.

a go = x1 + x 2a1 P * (h2 + cot a 2 h1 cot a1 ) 2 a1 a 2 P * (h3 + cot a3 h2 cot a 2 ) 2 a2

x1 =

x2 =Donde: a1, a2: p: cota1, cota2, cota3: h1, h2, h3:

Vanos reales contiguos. Parmetro de la catenaria Cotas de terreno para las torres inicial, intermedia y final. Altura de las torres inicial, intermedia y final.

Vano crtico: Es el vano que delimita dos hiptesis que sern tomadas como estado bsico para la realizacin de los clculos mecnicos del conductor. Para vanos menores al vano crtico regir una de las hiptesis y para vanos mayores regir la otra.

t t E ( 2 1 ) + 1 2 S ac = 2 2 w1 w2 t t 1 2 Donde:

24 * E


5 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KVE: 2 = Mdulo de elasticidad del conductor Temperaturas en las hiptesis 1 y 2

t1, t2 = Tensiones en las hiptesis 1 y 2 S= Seccin del conductor

w1, w2 = Peso compuesto del conductor en las hiptesis 1 y 2

Parmetro: Constante caracterstica de la catenaria. Valor correspondiente al vano ficticio del tramo en cuestin. Se utiliza para la localizacin de apoyos. Este valor viene expresado por la relacin entre la tensin del conductor en Kg. para dicho tramo y el peso del conductor en Kg./m. Flecha: Mxima distancia vertical entre la recta imaginaria que une los puntos de sujecin del conductor y el punto de ste ubicado justo en el punto medio del vano. La magnitud coincide con la distancia entre dicha recta y una paralela a la misma, tangente al cable. Tensin de regulacin: Tensin del conductor o cable de guarda al momento de ajustar los valores de flecha segn el proyecto. Tensin final: Tensin en el conductor una vez que est tensado y ocurre su elongacin como consecuencia del efecto de escurrimiento durante 10 aos. Tensin mxima del conductor cable de guarda: La mayor tensin que se espera sobre el conductor cable de guarda para las diferentes hiptesis de carga consideradas en el clculo mecnico del conductor. Tensin de cada da: tensin que se tiene para la temperatura ms frecuente, coincidente con vientos suaves capaces de producir vibraciones elicas. Temperatura ambiente media: Es el promedio de todas las temperaturas medias diarias registradas en la zona durante un periodo de tiempo considerado.


6 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV 7. SELECCIN DEL CONDUCTOR Y CABLE DE GUARDA El conductor fue determinado por capacidad de corriente y efecto Corona durante la etapa de Ingeniera Bsica y ser ACAR 1100 kcmil de seccin. 7.1 Clculo de la corriente de la cargaLa corriente de la carga de la lnea viene determinada por la siguiente expresin:

Ic = MW *1000 / 3 * Vn /cos (fi)Donde: MW: Vn: Potencia a transmitir por la lnea: 300 MW Tensin nominal del sistema en KV: 230 KV.

Cos (fi): coseno del ngulo entre la tensin y la corriente= 0,85

Icond = 886 Amperios

7.2 Prdidas por Efecto Corona Estas dependen principalmente de la diferencia de potencial entre los conductores y tierra, mas exactamente del gradiente de potencial en la superficie de los conductores y de las condiciones climticas a lo largo de la lnea. Las perdidas pueden ser nulas con tiempo bueno y alcanzar valores elevados con lluvias intensas, es evidente que una buena evaluacin de estas perdidas requiere conocimiento de las condiciones meteorolgicas de las regiones que la lnea atraviesa. Estadsticamente el dimetro del conductor y el nivel de tensin permitirn seleccionar a priori el conductor para prdidas nulas en tiempo seco, la siguiente tabla nos muestra el dimetro mnimo para una lnea con un solo conductor por fase:


7 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV El dimetro del conductor ACAR 1100 kcmil es de 30,65 mm y es mucho mayor que el indicado en la tabla (24,5 mm). Como se concluy en la etapa de Ingeniera Bsica, la tensin crtica es mayor que la tensin nominal de operacin del sistema, por lo tanto no habr prdidas por efecto Corona para el conductor seleccionado. 7.3 Estudio de la capacidad trmica del conductor La temperatura del conductor est determinada por fenmenos tales como temperatura ambiente, velocidad del viento, radiacin solar, corriente transmitida, resistencia elctrica, dimetro, condicin superficial del mismo, prdidas por efecto joule. Para garantizar el cumplimiento de las alturas mnimas a tierra es necesario determinar el parmetro de la catenaria y previamente la temperatura mxima de operacin del conductor para transportar la potencia deseada en condiciones normales de operacin. Se debe comprobar que la misma no exceda los 90 C ya que pueden afectarse las propiedades mecnicas de los conductores. La metodologa utilizada es la misma descrita en la Ingeniera Bsica y parte de la ecuacin de equilibrio trmico siguiente: I 2 * Rac + Qs = Qc + Qr Donde: I: Corriente transmitida por el conductor (Amp).

Rac: Resistencia de corriente alterna a la temperatura de operacin del conductor (/m). Qs: Qc: Qr: Ganancia de calor debida a la radiacin solar (W/m). Disipacin de calor por conveccin (W/m). Disipacin de calor por radiacin trmica (W/m).

Ganancia de calor debida a la radiacin solar Qs. El aumento o ganancia de temperatura del conductor causada por la radiacin solar depende la altitud del sol, del rea expuesta de la lnea y de las condiciones atmosfricas. La ecuacin que determina esta expresin es:Qs = a qs[Sen( )] A'

Donde:


8 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV a: Coeficiente de absorcin solar, para el clculo se uso 0.5 que es el adecuado para un conductor de aluminio. qs: Calor recibido a nivel del mar debido al sol (W/m2). A: rea proyectada o dimetro del conductor. El factor [Sen( )] que es funcin de las siguientes variables, es igual a la unidad en base a los siguientes criterios: Hc: Altitud del sol sobre el horizonte en pases tropicales es 90 grados sexagesimales. Zc: Azimut del sol. Para pases tropicales es 270 grados sexagesimales Z: Azimut de la lnea. Generalmente el azimut de la lnea es variable por lo que se evala la condicin ms desfavorable que corresponde a un ngulo de 90 entre el azimut del sol y el azimut de la lnea. Disipacin de calor por conveccin. La disipacin de calor producida en los conductores de lneas areas por el calor recibido de las radiaciones solares y la corriente de transmisin depende de ciertos factores, siendo el viento el principal de ellos. Esta disipacin ser ms rpida dependiendo de la forma en que el viento incide sobre el conductor y de la rugosidad del cable. Las prdidas de calor por conveccin se determinan por la siguiente relacin: (D V rf )0.52 Qc1 = 1.01 + 0.371 f Kf (tc ta )

Para 0.1 < Nre < 1000 (D V rf )0.6 Qc 2 = 0.1695 f Kf (tc ta )

Para 1000 < Nre < 50000 Donde: D: Dimetro del conductor (pg).9 de 43 INE-DOCUMENTO



1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV Rf: V: f: Kf: tc: tf: Nre: Do: Densidad del aire (lbs/ft3) Velocidad del viento (ft/H) Viscosidad absoluta del aire. Conductividad trmica del aire a la temperatura tf (W/ft2C) Temperatura del conductor (C) Temperatura ambiente (C) Nmero de reynolds (Do*V*rf/f), constante. Dimetro del conductor (ft)

Disipacin de calor por radiacin trmica. Este valor viene expresado por la ecuacin de Stefan Bolzman:4 4 Qr = 0.138 D Kc Ka 100 100

(

) (

)

Donde: D: : Dimetro del conductor (pg) Emisividad relativa de la superficie del conductor, este valor oscila entre 0.23 y 0.95.

Se tomo para este caso como 0.5. Kc: Ka: Temperatura del conductor en (K) Temperatura ambiente en (K)

Efecto pelicular. El efecto pelicular se manifiesta en una disminucin de la densidad de corriente en el centro del conductor, circulando la mayor parte por la periferia del mismo. Los clculos se realizaron en forma similar a la Ingeniera Bsica, a travs de curvas de resistencia DC vs la relacin de Rac/Rdc del Handbook de The Aluminium Asociation.


10 de 43

INE-DOCUMENTO


1132-001-020-E01-CAL-800 Rev. 1

CALCULOS DE LA LNEA A 230 KV El procedimiento es calcular la Rdc a la temperatura de operacin a partir de la Rdc a 20C la cual aparece tabulada en los catlogos de fabricantes de conductores, utilizando la siguiente frmula:Rac = Rdc K * [1 + (tc 20 )] , para Temp > 20 C

Donde: Rdc: Resistencia DC a temperatura de 20C (/km) lfa: tc: K: Coeficiente de temperatura a 20 C (1/C) para el material del conductor. Temperatura de operacin del conductor (C). Factor multiplicador de la resistencia Rdc para obtener la resistencia en corriente alterna. Toma en cuenta el efecto pelicular. De las grficas de The Aluminum Asociation para 60 Hz, se obtuvieron a travs del mtodo de regresin de mnimos cuadrados, los siguientes factores de multiplicacin para los valores de Rac encontrados: Para valores de Rac > 0.151676, K=1. Para valores de 0.046814

29666149-Calc-Linea-230-kV

Documents

Transcript of 29666149-Calc-Linea-230-kV