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“CONSTRUCCIÓN DE UNA LÍNEA DE ALFREDO HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ MÉXICO 2009 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN “CONSTRUCCIÓN DE UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN DE 230 KV. PARA LA S.E. TECAMAC” T E S I QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA P R E S E N T ALFREDO HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ ASESOR: ING. ADRIAN PAREDES ROMERO MÉXICO 2009 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES TRANSMISIÓN 230 KV. PARA LA S.E. TECAMAC” S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA A : ALFREDO HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ ASESOR: ING. ADRIAN PAREDES ROMERO MÉXICO 2009 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. La vida no se construye de sueños Sino que los sueños se construyen Con esfuerzos y anhelos. A mis Padres, Con toda la vehemencia que mi cariño y amor es capaz. Por impulsarme a conseguir mis sueños, Por encontrarme y no apartarte del sendero Te amo Mi Luna, demasiado A mis hermanos, cuñados y sobrinos, Que no saben dar el justo cariño; Sino siempre un poco mas Por todo su apoyo Gracias familia Con gratitud A todos los que formaron mi vida académica A las personas que ahora son parte de mi vida profesional. TRABAJO TESIS SOBRE QUE? Como resultado de un excesivo crecimiento demográfico e industrial en el Estado de México y la obvia demanda energética que esto representa, es necesario tomar un ejemplo real, para así poder explicar de una manera sencilla y didáctica la forma de construir, calcular y resolver las diferentes problemáticas que surgen al realizar la solución de un problema como el descrito anteriormente, el cual tiene como consecuencia el surgimiento de una nueva Línea de Transmisión. En el presente trabajo se hace hincapié en el calculo de conductor y aisladores, sistema de tierras, cálculos de catenarias, efecto corona, aspectos básicos de seguridad., construcción y normas de una torre de transmisión. INDICE INTRODUCCIÓN 1 CAPITULO I GRUPO Y TIPO DE ESTRUCTURAS - TORRES DE 85 Kv 5 - TORRES DE 230 Kv 6 - TORRES DE 400 Kv 7 - ESTRUCTURAS AUTO SOPORTANTES 8 - ESTRUCTURAS SEMIFLEXIBLES 9 - ESTRUCTURAS CON RETENIDAS 9 - ESTRUCTURAS EN FORMA DE CUADROS 9 - ESTRUCTURAS DE ALINEAMIENTO O SUSPENSIÓN 10 - ESTRUCTURAS PARA DEFLEXIÓN 10 - ESTRUCTURA DE ANCLAJE 10 - ESTRUCTURA DE REMATE 10 - ESTRUCTURA DE DERIVACIÓN 10 - ESTRUCTURAS DE TRANSPOSICIÓN 11 - ESTRUCTURAS DE CRUZAMIENTO 11 - SUBESTACIÓN ELÉCTRICA 15 - Capacidad 15 - Tensión 16 - Tensiones normalizadas 16 - PARÁMETROS DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN - Resistencia 17 - Inductancia 17 - Capacitancia 20 - Selección de conductores para líneas de transmisión 24 CAPITULO II PARADO Y ARMADO DE ESTRUCTURAS - CIMENTACIÓN DE LAS BASES - Trazo y excavación de cimentaciones 25 - Cimentación de acero 26 - Cimentación de concreto 28 - Cimentación de pilote hincado 29 - PUESTA A TIERRA DE SOPORTES 30 - CLASE DE SISTEMA DE TIERRAS 31 - MÉTODO PARA MEDIR IMPEDANCIA DE PUESTA A TIERRA 32 - PRINCIPIOS Y MÉTODOS DE PUESTA A TIERRA 33 - TIPO DE PRUEBA - Método de la tierra conocida 35 - Método de los tres puntos 35 - Método de la caída de potencial 36 - Método de la relación 36 - Como bajar la resistencia a tierra 37 - Instalación de múltiples varillas de tierra 37 - Enterrando mas la varilla de tierra 38 - Tratamiento químico del suelo 38 - ARMADO CON PLUMA FLOTANTE - Armado y nivelado de la primera sección (cono) 41 - Montaje de la primera sección con pluma flotante 44 - MONTAJE DE TORRE CON GRÚA - Procedimiento de análisis para determinar el centroide 48 - Método integral 48 - Armado e instalación de postes 51 - Detallado de soportes 52 - Estructuras para cruzamiento 52 Capitulo III Tendido de conductor - INSTALACIÓN DELOS CABLES DE GUARDA - Nivelado del hilo de guarda 55 - Instalación de los conductores 59 - Tomas de tierra provisionales 60 - ARMADO Y MONTAJE DE LAS CADENAS DE AISLADORES 62 - TENDIDO DE CONDUCTOR - procedimiento para tender conductores 63 - Tendido del conductor bajo tensión 64 - Tendido del cable de arrastre 65 - Carga sobre las poleas de tendido 65 - Instalación del conductor 67 - Empalme de los conductores 68 - Nivelado del conductor 70 - TABLA DE TENDIDO - TRAMO DEL NIVELADO - Precauciones que se deben tomar durante el nivelado 74 - Método para dar flecha 75 - Por una visual 75 - Por dinamómetro 77 - Método de la onda de retorno para dar flecha 77 - Remate de conductor 81 - Envarillado y enclemado 82 - Instalación de separadores y amortiguadores 82 CONCLUSIONES 86 BIBLIOGRAFÍA 87 1 INTRODUCCION En 1883 fue desarrollado el transformador por Gaulard y Gibbs, con el cual fue posible elevar la tensión de la corriente alterna, en condiciones eficientes y económicas, así como transmitir grandes cantidades de energía a grandes distancias. Los sistemas de corriente alterna fueron en un principio monofásicos. Las corrientes polifásicas fueron patentadas en Estados Unidos por Tesla en 1883. En 1891 se construyo en Alemania la primera Línea de Transmisión trifásica con una tensión de 12 kv y 180 Km. de longitud. En 1896 en Estados Unidos se construyo una línea de 25 kv. En 1905 en México entraron en servicio las líneas Necaxa-México y México – El oro con una tensión de 60kv. En esa fecha era la más elevada en el mundo. En esas mismas líneas se aumento la tensión a 85 kv. En 1910. En estados unidos se aumentaron las tensiones a 150 kv en 1913, a 220 kv en 1923 y a 287 kv en 1935. En Suecia se puso en servicio un sistema de 400 kv en 1952. En la URSS se construyo una línea de 500 kv en 1958 En Canadá entro en servicio una línea de 735 kv en 1955. Dependiendo del nivel de voltaje al cual se realiza la transmisión de energía eléctrica, se tiene clasificadas a las redes en tres categorías: transmisión, subtransmisión y distribución. Por otro lado, excepto en pocas situaciones, la transmisión de energía eléctrica es aérea, de modo que el aislante común entre conductores es el aire circundante a los conductores, además de que los dispositivos de generación y de transporte se diseñan para que operen con corriente alterna trifásica. La línea de transmisión es el elemento más común de los que conforman las redes eléctricas. En conjunto, estos elementos constituyen las arterias a través de las cuales fluye la energía eléctrica desde centros de generación hasta centros de consumo, las plantas que generan la energía eléctrica ya sean estas hidroeléctricas, de vapor (termoeléctrico, geotérmico), de motores diesel, turbina aeronáutica, nucleares, etc., se transporta la energía a los centros de consumo, cuyas tensiones usuales en México son: 69, 85, 115,230 y 400 kv. En México y otros países, los niveles de voltajes desde 115 kV o mayores son considerados como de transmisión. Cuando se opera con voltajes de 66 hasta 115 kV se dice que la red es de subtransmisión. Por último, niveles de tensión menores a 34.5 kV están relacionados con redes de distribución. 2 Los aspectos que deben considerarse en el proyecto de una línea de transmisión son: 1. Adoptar la tensión de operación. 2. Capacidad de tensión. 3. Determinar el calibre de los conductores, número de circuitos y conductores por fase. a).- Cables conductores.- Que transportan la energía en circuitos trifásicos, en los cuales cada fase esta formada por uno o varios cables; en algunos casos se consideran como apoyos de las estructuras en dirección de la línea. b).- Cables de guarda.- Cuya función principal es la de proteger a la línea contra rayos u otros meteoros, aprovechando las estructuras como pararrayos; en ocasiones se usan también como medios de comunicación (teléfono, telégrafo, etc.), en algunos casos se consideran como apoyos de las estructuras en dirección de la línea. Conviene que los cables de guarda sean del mismo material que los conductores, para que el mantenimiento se reduzca al mínimo por existir homogeneidad en el sistema de cables (duración semejante). 4. Seleccionar el tipo de aislamiento. c).- Cadenas de aisladores.- Su objetivo es el de separar el conductor de los apoyos metálicos. d).- Herrajes y accesorios.- Elementos que sujetan los cables a las cadenas de aisladores y a las estructuras. 5. Establecer la protección contra sobre tensiones. 6. Fijar la distancia mínima entre los conductores. 7. Determinar el tipo de soporte, en función de las flechas. 3 e).- Estructuras soporte.- Elementos cuya función principal es la de soportar a las diferentes alturas normadas, los circuitos de las líneas de transmisión. En el cálculo mecánico de esta clase de estructuras, cualquier reducción obtenida en el peso y la mano de obra, trasciende apreciablemente cuando se extiende a una o varias líneas de transmisión, debido a la repetición de estructuras iguales; esto justifica dedicar el mayor tiempo posible a la estructuración, análisis y diseño de los mismos, a recurrir a la ayuda del equipo electrónico necesario, para lograr numerosas torres o postes que satisfagan el problema y entre ellos seleccionar la de menor costo, así mismo el proyecto del soporte que resulte debe ser realista, preciso y actualizado. Debido a que las líneas de transmisión pueden ser de longitud considerable, sus estructuras deben estar aptas para salvar toda clase de obstáculos topográficos (deflexiones, grandes claros, cruzamientos con vías férreas, carreteras, fluviales, con líneas telefónicas, telégrafos o de distribución y transmisión eléctrica), atravesar regiones con diferentes características meteorológicas y geológicas etc. Esto da origen a que se tengan que proyectar diferentes tipos de estructuras que cumplan condiciones específicas, dentro de una misma línea. El desarrollo tecnológico de la ingeniería en los últimos años ha llevado a crear proyectos de gran magnitud para la generación de energía lo que tiene como consecuencia el cálculo de líneas de transmisión de extra alta tensión. 4 CAPITULO UNO GRUPO Y TIPOS DE ESTRUCTURAS Uno de los elementos mas importantes en la construcción de una línea de Transmisión son las estructuras, ya que tienen como función principal la de soportar el peso de las cadenas de aisladores, el conductor, así como también las tensiones mecánicas transmitidas por los cables, por el viento, etc. Hace algunos años para construir una línea de transmisión era común utilizar postes de madera, acero o concreto para formar cuadros; una estructurade este tipo se constituía por dos o tres postes reforzados en su parte interna por ángulos de acero, formando una x. Con el paso del tiempo y el aumento en las tensiones de transmisión, este tipo de estructuras se han quedado relegadas solo para fines provisionales, dando paso a nuevas técnicas en la transportación de energía así como su normalización Las ventajas de tener normalizadas las líneas de transmisión son múltiples, siendo importante el hecho de que estas normalizaciones permitirán reducir el efecto de fallas causadas por fenómenos naturales o por sabotajes. En líneas de transmisión parte esencial es el diseño, para lo cual se considera la resistencia mecánica a las que están sometidas las estructuras a considerar, así como tener un costo lo mas bajo posible, teniendo como resultado torres y postes de acero. Las líneas de transmisión mas comunes en la ciudad de México son líneas con tensiones de 85, 230 y 400 KV. Teniendo como resultado estructuras normalizadas y que en la Compañía de Luz y Fuerza son las siguientes; 5 TORRES Y POSTES DE 85 KV DESCRIPCION TIPO PESO (KG) ALTURA (METROS) SUSPENSION AUTOSOPORTANTE 20SA 22SA 25SA 2001 2261 2517 19.65 22.04 24.90 SUSPENSION SEMIFLEXIBLE 20SF 22SF 25SF 2565 2929 3198 19.65 22.04 24.90 TENSION β = 10° 20T10 22T10 25T10 3974 4583 5551 19.67 22.06 24.92 TENSION β= 30° 20T30 22T30 25ST30 3861 4345 5235 19.67 22.06 24.92 TENSION β= 45° 20T45 22T45 25T45 4374 5022 5856 19.67 22.06 24.92 TENSION β= 60° 20T60 22T60 25T60 4461 5224 6150 19.67 22.06 24.92 TENSION β= 90° 20T90 22T90 25T90 5243 5891 6991 19.67 22.06 24.92 REMATE 20R 22R 25R 2001 2261 2517 19.67 22.06 24.92 DERIVACION 21.34 6 TORRES DE 230 KV DESCRIPCION TIPO PESO (KG) ALTURA (METROS) TORRE 32S 37S 42S 5464 6460 7741 32.30 36.55 41.9 TORRE 32T10 37T10 42T10 9146 10319 12036 32.30 36.55 41.9 TORRE 32T20 37T20 42T20 9845 11490 14609 32.30 36.55 41.9 TORRE 32T45 37T45 42T45 11768 14316 18151 32.30 36.55 41.9 TORRE 32T60 37T60 42T60 13070 16405 20407 32.30 36.55 41.9 TORRE 32T90 37T90 42T90 12791 15089 18366 32.30 36.55 41.9 TORRE REMATE 32R 37R 42R 10405 12469 15340 32.30 36.55 41.9 TORRE DE DERIVACION 32T90D 37T90D 42T90D 12528 12952 18697 32.30 36.55 41.9 7 TORRES DE 400 KV DESCRIPCION TIPO PESO (KG) ALTURA (METROS) SUSPENSION 43S1 48S1 53S1 9104 10522 11586 42.62 47.53 52.53 SUSPENSION 43S1 48S1 53S1 12043 13950 15233 42.62 47.53 52.53 TENSION 43T10 48T10 53T10 12811 15062 16660 42.62 47.53 52.53 TENSION 43T15 48T15 53T15 13475 15846 17546 42.62 47.53 52.53 TENSION 43T30 48T30 53T30 15470 18710 20685 42.62 47.53 52.53 TENSION 43T60 48T60 53T60 22066 26512 29141 42.62 47.53 52.53 TENSION 43T90 48T90 53T90 22066 26512 29141 42.62 47.53 52.53 TORRES DE ACERO Gracias a la gran resistencia mecánica que presenta al soportar las cargas a las que estarán sometidas y la facilidad de transportarlas en partes al lugar de montaje, reduciendo así los costos de instalación, resulta una de las formas mas socorridas ya que se cuenta con un promedio de vida de 40 años. Se pueden presentar esfuerzos adicionales a las tensiones normales debido a la rotura de uno a más cables, causando un desequilibrio debido a las cargas transversales y longitudinales. Algunos esfuerzos adicionales se presentan también cuando hay claros adyacentes de diferentes longitudes o en las deflexiones que se presentan en la línea 8 cuando son mayores de 2 °, así como en cruzamientos de vías de comunicación, de otras líneas, de ríos o de claros muy grandes, se emplean torres altas y robustas. Las torres de acero se fabrican de tres alturas para cada tipo de torre; una altura para claro normal, otra altura lograda con el acoplamiento de una extensión y una tercera altura obtenida por reducción. La altura de la torre es determinada por la topografía del terreno. POSTES DE ACERO Están conformados por un cuerpo tubular troncocónico al que se le unen las crucetas. Estas estructuras se emplean principalmente para reducir el ancho del derecho de vía en zonas urbanas y por motivo de estética, ya que su costo es elevado. En cuanto a los criterios que rigen el comportamiento y el cálculo de las estructuras, podemos clasificarlas en varios grupos los cuales se mencionan a continuación: GRUPO A.- ESTRUCTURAS AUTOSOPORTANTES Se les da esta denominación debido a que soportan todas las cargas actuantes sin necesidad de ningún tipo de apoyo complementario, de este grupo de estructuras se tienen torres y postes. TORRES.- Existen en la actualidad una gran variedad de geometrías, una de ellas muy comúnmente usada en México para líneas de transmisión con tensiones de 230 y 400 Kv, es la llamada torre gato o delta. Estas torres normalmente soportan un circuito trifásico en disposición horizontal, tales como las instaladas en las líneas de 400 Kv de Malpaso e Infiernillo a la ciudad de México. Otra geometría de torre usada con mucha frecuencia es la que se compone de un cuerpo tronco piramidal ( fuste ) al que van unidas las crucetas; esta estructura soporta normalmente dos circuitos colocados en disposición vertical, también puede soportar un circuito colocado en disposición triangular. Dichas torres comúnmente se usan para tensiones de 85, 115,230 y 400 Kv. POSTES.- Están formados por un cuerpo troncocónico o tronco piramidal al que van unidas las crucetas; la mayoría de las veces se colocan para reducir el ancho del derecho de vía, así como por razones de estética, se usan para tensiones de 85, 115, 230 y 400 Kv. 9 GRUPO B.- ESTRUCTURAS SEMIFLEXIBLES Este nombre se debe a que en el sentido normal de la línea son autosoprtantes, es decir, soportan todas las cargas que actúan sobre ellas sin necesidad de ningún tipo de apoyo complementario y sin presentar flechas excesivas; mientras que en el sentido longitudinal se incorpora a la torre de apoyo que le proporcionan los cables conductores y de guarda, admitiéndose flechas mayores. Por lo anterior, las estructuras de este grupo resultan más ligeras que las calculadas como auto soportante y de silueta muy semejante GRUPO C.- ESTRUCTURAS CON RETENIDAS Estas estructuras hace aproximadamente 25 años que se empezaron a usar, siendo en la actualidad uno de los grupos que se colocan con mas frecuencia en algunos países Europeos, así como en Estados Unidos de Norteamérica; lo anterior se debe básicamente a que estas estructuras resultan de menor peso y costo que las auto soportantes y semiflexibles, siendo asimismo su proceso de fabricación, transporte y montaje mas fáciles. La gran tendencia hacia el uso de este grupo, es que el costo del soporte resulta más económico, se reduce considerablemente el tamaño de las cimentaciones, ya que los elementos mecánicos en la base de la estructura son pequeños. En México se han instalado estructuras de este grupo; no obstante, se ha solicitado ante las autoridades de la CFE. , se hagan estudios que legislen la protección de las retenidas que constituyen los elementos claves de su estabilidad, así como la utilización agrícola del derecho de vía que circunda a las estructuras. GRUPO D.- ESTRUCTURAS EN FORMA DE CUADROS Dichas estructuras se denominan así comúnmente, por formar cuadros con postes de concreto o acero, canales y tensores de acero, estando estos últimos anclados a machotes de concreto o sujetos en postes. Su uso en México esta limitado a líneas hasta de 115 Kv. Dentrode cada grupo de estructuras para líneas de transmisión y atendiendo a su función, se tienen los tipos siguientes: 10 TIPO A.- ESTRUCTURAS DE ALINEAMIENTO O SUSPENSION Las estructuras de alineamiento se colocan en los tramos en tangente de una línea, constituyendo por esta razón el mayor porcentaje de estructuras; se dicen de suspensión debido a que las cadenas de aisladores van en posición vertical, quedando suspendidos los cables. Se proyectan para que resistan una deflexión máxima en planta de 5º (Para absorber pequeñas deflexiones). TIPO B.- ESTRUCTURAS PARA DEFLEXIONES Se colocan en los cambios de dirección de la línea; las cadenas de aisladores están dispuestas siguiendo la dirección de la catenaria que forman los conductores. Además del viento sobre cables y estructura, deben soportar los componentes de las tensiones mecánicas de los cables en las direcciones de la línea y normalmente a esta. TIPO C.- ESTRUCTURA DE ANCLAJE Se intercalan a estructuras de suspensión para dar una mayor protección a tramos de línea en tangente, con la finalidad de evitar el derribe de estructuras en caso de existir cargas fuera de lo común y de no ser posible; la cantidad de estructuras colapsadas sea mínima. Se calculan para soportar estados de carga más severos que las estructuras de alineamiento. TIPO D.- ESTRUCTURA DE REMATE Este tipo de estructuras son utilizadas el término de una línea de transmisión, así como para la entrada a una subestación. Las estructuras de remate se pueden proyectar para rematar a cualquier ángulo, el cual esta formado por la dirección de la línea y la dirección en que están orientadas las crucetas de la estructura. TIPO E.- ESTRUCTURAS DE DERIVACION Su función esencial es derivar los conductores y cables de guarda a los puntos hacia donde se dirija la línea bifurcada, para lograr tal objetivo en general a este tipo de estructuras se les colocan crucetas especiales. 11 TIPO F.- ESTRUCTURAS DE TRANSPOSICION Este tipo de estructuras se usan en líneas de transmisión largas, con el objeto de intercambiar las fases y reducir al mínimo las pérdidas por impedancia; generalmente este tipo de estructuras también tienen crucetas especiales. TIPO G.- ESTRUCTURAS DE CRUZAMIENTO Se instalan en los lugares donde la línea de transmisión se cruza con ríos, canales o lagos ( navegables o no, según el caso ), vías férreas, carreteras u otras líneas de energía eléctrica como teléfonos, telégrafos o líneas de distribución y transmisión, hay disposiciones reglamentarias de algunos países para el cálculo de este tipo de estructuras, las cuales son muy rígidas, según la clase, importancia o riesgo del cruce; sin embargo, como en general en nuestro medio los claros no son tan grandes, hasta el momento ha dado buen resultado asimilarles las hipótesis de carga aplicables a todas las estructuras. En general, para una línea de transmisión se procura colocar el menor número de tipos de estructuras, logrando con esto simplificar los procesos de fabricación, construcción civil y montaje. Hay gran variedad de siluetas de torres (tipo gato o delta las mas usadas en México), para nuestro caso en particular emplearemos las formadas por un cuerpo tronco piramidal de celosía al cual se acoplan las crucetas, las cuales llevaran dos circuitos dispuestos en forma vertical, uno a cada lado de la torre. Para conocer un poco mas acerca de las diferentes siluetas de torres normalizadas que se utilizan en la compañía de luz y fuerza, a continuación se muestran tres diagramas de dichas torres. 12 PE.SO ;; IMFN TAr: 18N :'; I MlN IAC I 8~J CIMlN TAC I::)N CIMlNTAC ICN CIMCNTA CICN CIMEN IA CICN CIMFN IA(: I C ~~ CIMlN IA C l cr~ CALCo FST f< lJ CT. CALCo C lf,i Cf" T. CALC o C I 'A~1\ 1. CJ\L~ . C I M~I\ l . VOL. C8'~A e fA - ENS ION H.G - uJs l m~ ceNe CLAKO Mp.X. T[ r-, SION H.G . Tl f.. SION ceNO CLNW MAX. :' E50 H.GJAROA :' [50 CONDUCTOR , [SO CONDUCTO" PE SO AISLADOR ES Dc r. MAX. I l \H'EI.? Al lI I.?A P'< ES ION VIENTO D A T e s CARACTER ISICAS AC ERO AL A I/[S ISITNC.A ZAPATA MUAL CA PA'<:A TORRE -1 25 5: 1: ' kg , 6421 7731 kg S.D.r:! 050 3 - 1 162.3 5 SLJAYr., DURO, ROr:ll. T.M .R. Il:-;O(l l EiG45 TERR ENC MUY "il::, I ;: I ~ N ll H- 5 - 2 0503 -1 67':6 HI P~qBO_ I C.A. r _ T / rn2 5 - 2 0508 -1 57S5 r = 2T/m 2 P. HINC ()~:()(l - /I · /!, r lLO Tcs HI NCAD OS P. HINC iJ~üi:: - 2 1 / 4 PILU'ES HI NCAD U:::' P r:OL 0:508 - 2 1 175 PIL:)IFS CO LAI)OS HJ F_ UJ(;A.R r· COL U;¡ll!l - ¿ 1 1 /0 PIL0 ' l::i Cü LAl)U~ lN l _ LIJ G . .1, f< EX -'_- lI l - 2~O - CF 1q EX ". - L TT -230 - CE - ~ EX--'. L" no CE 8 EX ". - L TT - 230 - CE - 13 FX--'. - L" - ? :SO - v,~ 1 CCNO CTOK x FASE HILO GUARDA - '300 kg 1 CCNO :::TOK x FASE ::'. O NDUCTO~ - 4~OO k<J 508 .'11 2. CONú e Ck x fA~E HILO ~;LJA R[I A 1300 2 CO~D C-CR x FASE CONDUCTOR - 2200 .51C; m t s. 1.':l24 ACS R 795 1.870 <g/ rn ACSR - -113 90 k'J - ~ ' 24 ks/rn 2 __ / Y FUERL A UE L C ENl k O I ~ I ~F 1;, /,~C; kV I IHJ ,))", ,S /S y1JS 13 14 15 SUBESTACIÓN ELÉCTRICA Otra parte importante en la distribución de la energía eléctrica son las Subestaciones Eléctricas, las cuales podemos describir de la siguiente manera: Es un conjunto de dispositivos eléctricos, que forman parte de un sistema eléctrico de potencia; sus funciones principales son: transformar tensiones y derivar circuitos de potencia. GENERALIDADES Las subestaciones se pueden denominar, de acuerdo con el tipo de función que desarrollan, en tres grupos: a) subestaciones variadoras de tensión. b) Subestación de maniobra o seccionadoras de circuito. c) Subestaciones mixtas (mezcla de las dos anteriores). De acuerdo con la potencia y tensión que manejan las subestaciones, estas se pueden agrupar en: a) subestación de transmisor. Arriba de 230 KV. b) Subestación de subtransmision. Entre 230 y 115 KV. c) Subestación de distribución primaria. Entre 115 y 23 KV. d) Subestación de distribución secundaria. Debajo de 23 KV. Para poder construir una subestación se toma en cuenta que esta debe localizarse en lo mas próximo al centro de carga de la región que se necesita alimentar, dado este por en estudio previo de planeación. Las alimentaciones de estos conjuntos se harán por medio de líneas de transmisión y en casos muy particulares cuando el espacio para el tendido del conductor sea insuficiente, se llevara a cabo por medio de cables subterráneos de alta tensión. CAPACIDAD Considerando la demanda actual de la zona en Kva. y su ritmo de crecimiento durante los siguientes diez años, es como se fija la capacidad de la subestación, previniendo el espacio necesario para las futuras ampliaciones. 16 TENSIÓN Dentro de la gama existente de tensiones normalizadas, la tensión de una subestación se puede fijar en función de los factores siguientes. a) si la subestación es alimentada en forma radial, la tensión se puede fijar en función de la potencia de la misma. b) Si la alimentación proviene de un anillo, la tensión queda obligada por la misma del anillo. c) Si la alimentación se toma de una línea de transmisión cercana, la tensión de la subestación queda obligada por la tensión de la línea citada. TENSIONES NORMALIZADAS La tensión en un sistema de potencia se normalizan, en primer termino, dependiendo de las normas que se utilizan en cada país y, en segundo termino, según las normas internas de las empresas propietarias de los sistemas eléctricos. Por ejemplo, en México, en el sistema central, las tensiones normalizadas son las siguientes: Alta tensión 400, 230, 85 y 23 KV Baja tensión 400, 220 y 127 Volt PARÁMETROSDE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Una línea de transmisión consiste esencial mente de un grupo de conductores dispuestos para lealmente y montados sobre soportes que proporcionan el aislamiento requerido entre conductores y entre conductores a tierra. Dependiendo del material de que estén hechos los conductores y sus dimensiones los conductores tiene una resistencia definida, por otra parte el campo magnético producido por la corriente alterna en un conductor se eslabona con los otros y habrá una inductancia asociada con cada conductor. Además existe una capacitancia entre cada par de conductores y entre cada conductor y tierra, y dado que el aislamiento no es perfecto y consecuentemente puede haber una corriente de dispersión a tierra, se presenta un efecto que puede ser representado como una resistencia de eslabonamiento que se conecta entre conductor y tierra. 17 Resistencia La expresión general para la resistencia ohmica de un conductor de longitud ℓ sección transversal S esta dada como Ρ ℓ R= S Donde ρ es la resistividad que no depende solo del material, también del cambio en la temperatura. Si ρ0 y ρ1 son los valores de resistividad a temperatura t0 y t1 entonces Ρ1 = ρ0 [1 + α (t1-t0)] Donde α es el coeficiente de temperatura para la resistencia de un material determinado. Por lo general esta expresión se refiere a las resistencias por facilidad, quedando entonces como R1 = R0 [1 + α (t1-t0)] Es necesario considerar que esta formula esta desarrollada para conductores sólidos, en el caso de los conductores donde se tiene un grupo de conductores de pequeña sección trenzados, los más usados en las líneas de transmisión, la resistencia se incrementa del 1 al 2%. INDUCTANCIA EN LÍNEAS DE TRANSMISIÓN De circuito eléctrico se sabe cuando una corriente circula a través de un conductor se crea un campo magnético a su alrededor, las líneas del campo magnético forman un campo cerrado alrededor del conductor y una variación en el valor de la corriente que circula por el conductor origina un cambio en le numero de líneas que eslabonan el circuito y como se sabe cualquier cambio en el flujo que eslabona un circuito induce un voltaje en el conductor que es proporcional a la variación del mismo. Si Ø es el flujo que eslabona al circuito, la relación de voltaje inducido a la variación de flujo en el circuito se puede expresar como d Ø e= d t Donde e es el voltaje inducido en volts y Ø el numero de eslabonamiento de flujo en weber-espira y es el producto de cada weber de flujo y el numero de espiras del circuito eslabonado. 18 Además se sabe que cuando la corriente en un circuito cambia se tiene un cambio también en el campo magnético asociado y se supone una permeabilidad constante en el medio, el numero de eslabonamiento es proporcional a la corriente y por lo tanto el voltaje inducido es directamente proporcional a la corriente expresándose esto como L d i e= d t donde L es la constante de proporcionalidad que se conoce como la inductancia del circuito expresado en Henry, e es el voltaje inducido en volts y di/dt el cambio de la corriente con el tiempo. De las ecuaciones anteriores d Ø di = L d t dt d Ø L = d i Si los eslabonamientos de flujo varían linealmente Ø L = i Que define la auto inductancia de un circuito en el sistema MKS racionalizado la inductancia L en Henry es igual a los weber espira por ampere y en términos de la inductancia Ø es Ø = L i weber espira Comúnmente las líneas de transmisión están formadas por dos conductores donde se forma un efecto inductivo de un conductor a otro, por lo que se toma en cuenta el eslabonamiento de flujo del circuito debido al a corriente que circula por un conductor y el efecto sobre el otro, para estos casos se considera la inductancia de un conductor debido al flujo interno. De lo anterior se encontró que la inductancia es: Ø L = i 19 Donde Ø es el eslabonamiento total de flujo (N ψ), para una corriente alterna la expresión para la inductancia se define como: Ψ t L = i Donde Ψ t representa el valor rms de los eslabonamientos de flujo de la línea y la reactancia inductiva es: 2Π f Ψ t x = 2Π f L = I rms Si Ø es un flujo que se presenta en dx a causa de la circulación de una corriente I, y supone densidad de corriente uniforme, los eslabonamientos de flujo total están constituidos de los eslabonamientos externos (ψ ext) que eslabona toda la corriente y los internos o eslabonamientos parciales (ψ int) que eslabonan solo parte de la corriente. De manera que ψ t se puede expresar como Ψ t = ψ int + ψ ext µ I Ψ int = 8 Π µ I D Ψ ext = ln 2 Π r - 7 En un medio donde la permeabilidad es unitaria en el sistema MKS µ = 4 Π x 10 Henry/metro -7 L tot = (½ + 2 ln D/r) 10 Henry/metro Por lo tanto -7 L tot = 2 x 10 ln D/r Henry/metro O -7 L = 4.606 x 10 log D/ r Y la reactancia inductiva XL = 2 Π f L 20 XL = 0.00289 f log Deq/ r ohms/ km r se conoce como el radio geométrico (RMG) y representa el radio de un tubo que sustituye al conductor sólido y D representa la distancia entre los conductores CAPACITANCIA EN LAS LÍNEASDE TRANSMISIÓN la determinación de la capacitancia en una línea de transmisión se da en base a los estudios del campo eléctrico y se puede realizar de forma tan detallada como se requiera según sean los objetivos del estudio por desarrollar, pero para un mejor entendimiento de este fenómeno se estudiara un método simple y fácil de comprender, que permitirá entender métodos o procedimientos mas complejos para el calculo de las capacitancias en líneas de transmisión. Considérense dos conductores dispuestos en forma horizontal de una fase, separados por una distancia d. con esta suposición la densidad superficial de la carga en cada conductor prácticamente no se ve afectada por la carga del conductor vecino por lo que dicha carga aparece concentrada en el eje del conductor. Supóngase que el conductor uno tiene una carga de +Q coulomb/metro de longitud, y la carga correspondiente al conductor 2 será – Q coulomb/metro de longitud. La intensidad de campo E1 del conductor 1 en un punto p es Q E1 = 2 Π ξ0 X Y la intensidad del campo en el mismo punto p debido al conductor 2 es P x d - x d r + Q -Q 21 Q E2 = 2 Π ξ0 (d - X) La intensidad total en p (en la misma dirección) Q Q Ex = E1 + E2 = + 2 Π ξ0 X 2 Π ξ0 (d - X) Ahora se sabe que la diferencia de potencial entre los conductores es el trabajo desarrollado para mover una carga de 1 coulomb de un conductor al otro, en el sentido opuesto del campo. Si un coulomb se mueve una distancia dx el trabajo desarrollado es E dx y la diferencia de potencial. dr Q d - r V = ∫ E dx = ∫ [1/x + 1/ d-x] dx r 2 Π ξ0 r 2 Q (d – r) V = ln 2 Π ξ0 r Pero la capacitancia es C = Q/V donde C esta en farads/ metro y Q en coulombs/ metro, por tanto la capacitancia de línea a línea es: Π ξ0 C = F/m ln (d – r) / r ξ = ξ0 ξr para el aire ξr = 1 1 ξo = 9 36 Π x 10 22 Por lo tanto 0.01205 C= µf/km Log d/r Si se supone que los conductores se encuentran separados por una misma distancia d1 = d2 = d3 = de Para el aire 0.01205 C= µf/km Log de/r Y al neutro 0.0241 Cn = µf/km Log de/r Ejemplo.- cada conductor de una línea trifásica con dos conductores por fase como se muestra en la figura es de 795 ACSR 26/7 y separados según se muestra en la figura. Encontrar la reactancia al neutro en ohms por kilómetro a una frecuencia de 60 c.p.s. 6.56 m 6.56 m a a” b b” c c” aa”= bb”= cc”= 40.64 cm. 23 La distancia entre los conductores de cada fase es daa” = dbb” = dcc” = d d es la distancia entre los conductores de cada fase el diámetro de un conductor de 795 mcm es 28.1 mm. El radio es de 14.05 mm. Las distancias 4 Dab = Dbc = (dab) (dab + d) ² (dab – d) 4 Dab = Dbc = (6.56)² (6.73) (6.16) = 6.55 m 4 Dac = Dca = (dac) ² (dac + d) (dac – d) 4 Dac = (13.12) ² (13.32) (12.71) = 13.07 m 3 Deq = 6.56 x 6.56 x 13.12 = 8.25 m El radio medio geométrico RMG = r¹ d r¹ = radio medio geométrico de cada conductor RMG = Ds = 1.405 x 40.64 = 7.556 m Por tanto 0.0241 Cn = µf/km Log 825/7.556 Y la reactancia capacitiva 6 6 3 Xc = 10 / 2 Πf x 0.01187 = 10 / 377 x 0.01187 = 223.464 x 10 ohms / km 24 SELECCIÓN DE CONDUCTORES PARA LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Para la mejor elección del conductor que se utilizara en la construcción de una línea de transmisión, es necesario realizar un estudio técnico económico. Para seleccionar el tipo de conductor en cuanto a material se refiere se deben investigar las características de corrosión galvanica y/o atmosférica en la zona en que se localizara la línea, a fin de utilizar el material mas adecuado. La intensidad de la corrosión del conductor se clasifica como: Fuerte (F) Media (M) Ligera (L) Dependiendo de la zona de corrosión en donde se ubicara la nueva línea de transmisión se recomienda los siguientes tipos de conductores. a) cable de aluminio con núcleo de acero (ACSR) b) cable de aluminio con refuerzo de acero con aluminio (ACSR/AW) c) Cable de acero recubierto de cobre y cobre (CW-CU) De acuerdo con los efectos producidos por el clima, se dará la clasificación de la corrosión combinado con los siguientes medios ambientales: Marino, industrial y rural. Es conveniente también considerar las ventajas y desventajas de los conductores de aluminio, aluminio con alma de acero y cobre con el objeto de marcar un criterio para su selección. 1) el empleo de cables de aluminio con alma de acero (ACSR) en líneas de transmisión permite distancias interpostales mucho mayores que con el empleo de conductores de cobre, lo que trae un ahorro considerable en estructuras, aisladores y herrajes. 2) Los cables de aluminio con alma de acero no deben emplearse en zonas de contaminación fuerte o con atmósfera salubre en lugares próximos al mar, ya que los efectos de la corrosión electroquímica entre los hilos de acero y de aluminio los destruyen rápidamente. 3) En redes de distribución el empleo de alambres y cables de aluminio por lo general no reporta ventajas sobre el uso de conductores de cobre, solo que este ultimo tiene un precio de recuperación (como chatarra) superior al del aluminio. 4) Los alambres y cables de cobre se recomienda usarlos en líneas de transmisión, sub transmisión y distribución de energía eléctrica en zonas de atmósfera salubre (lugares próximos al mar) o bien en donde se tiene una corrosión fuerte. | 25 CAPITULO II ARMADO Y PARADO DE ESTRUCTURAS (TORRES DE TRANSMISIÓN)En luz y fuerza son utilizados dos métodos para el armado y parado de estructuras, los cuales son: 1.- Armado y parado con pluma flotante. 2.- Armado en piso y parado con grúa. Tomando en cuenta el peso de las torres y de las grúas con que se cuentan, será la manera en que se realizara el armado de estructuras. Para cualquiera de los dos casos anteriores, se requiere tener lista la cimentación de la estructura y en el caso de las torres, armado y nivelado del bottom panel o cono. CIMENTACION DE LAS BASES TRAZO Y EXCAVACIÓN DE CIMIENTOS El tipo de cimentación será determinado por el tipo de terreno y por los esfuerzos a la que este sometido la estructura. Cuando se realiza el trazo de una línea, se utilizan mojoneras de concreto en las diferentes deflexiones en las cuales se indicaran datos como el rumbo, grados y minutos del ángulo de deflexión, kilometraje, etc. Y en los tramos en tangente, se clavan estacas de madera en los puntos más visibles de acuerdo con la configuración del terreno. | 26 Para trazar cepas para torres de deflexión, se inicia por hacer estación en el centro de la base y de acuerdo con el ángulo de deflexión, se marcan sobre el terreno los ángulos calculados y se fija la situación de cada pata, dando la distancia correspondiente al tipo de torre, entre el centro de la base y la pata TIPO DE CIMENTACIONES 1.- CIMENTACIONES DE ACERO Cuando el terreno cuenta con una firmeza débil, la cimentación que se construye será de acero (Tipo marimba). Esta consiste en ángulos de acero celosía. La cual queda empotrada en el terreno, la configuración de la celosía tiene una forma triangular. 45° 30° 30° 15° 30° TECAMAC LINEA APASCO TEXCOCO | 27 1.- Con una mezcla de arena y cemento se forma una plantilla la cual se deja fraguar 14 horas una vez hecho el trazo de las excavaciones, se hacen lo bastante amplias para mover la marimba hacia cualquier lado cuando se alinea con el cono. 2.- Se arman las marimbas, que están formadas por piezas de fierro canal, en el fondo de las excavaciones los canales deben quedar paralelos al eje longitudinal de la línea. Sobre esta cimentación de acero se arma el resto de la pata y la primera sección de la torre. 3.- La primera sección y las marimbas se centran y se nivela utilizando gatos y barretas y se acuña donde sea necesario, con placas de fierro en la parte inferior de la marimba para evitar que se mueva durante el relleno de las cepas. 4.- Las excavaciones se rellenan con capas de tierra de 50 cm. Y apisonándolas hasta tapar las cepas. Cimentación de acero y primera sección de torre 25 SF 150 150 220 | 28 CIMENTACION DE CONCRETO Se construye cimentaciones de concreto para torres de tensión en terreno débil, ya que estas estructuras están sometidas a mayor esfuerzo. 1.-se hace la excavación de cada pata. 2.- En el piso de la excavación, se forma una parrilla con varillas de acero, la que es ahogada en concreto para formar un firme que puede tener una nivelación poco precisa. De esta sobre salen de los lados varillas que posteriormente arman la parte superior del cimiento. 3.- Al fraguar el firme, sobre este se asientan los montantes y se arma el primer cuerpo de la torre. 4.- Se nivela y se centra de acuerdo a la deflexión de la línea. El nivelado se hace con gatos para levantar la estructura y se ponen calzas de láminas de fierro en las patas que lo necesiten. 5.- en la parte inferior de cada pata se conecta un cable de cobre desnudo de 4/0. La punta de este cable se saca a la superficie para conectarse con las puntas de las otras patas y además a una varilla de tierra clavada en el terreno próximo al centro de la torre. | 29 6.- Se arman las varillas que sobresalen del firme y se arma la cimbra con cuidado de no mover las patas. Se cuela el concreto de la parte superior del anclaje. 7.- cuando el cimiento a fraguado lo necesario, se descimbra y se rellena la excavación con tierra y piedra entreverada, por capas de 50 cm. apisonadas. Debe quedar un pequeño montículo en cada pata. CIMENTACIÓN PARA TORRES CON PILOTES HINCADOS 1.- Se hace la excavación de cada pata. 2.- En el piso de la excavación, se forma una parrilla con varillas de acero, la que es ahogada en concreto junto con anclas de acero galvanizado, las cuáles tendrán cuerda en su parte superior y sobresaldrá del pilote, en ellas se ensamblara un zapato metálico donde descansaran los montantes que comenzaran a dar forma al cono, estos zapatos se nivelan introduciendo placas de acero. TORRE CAP. DEL TERRENO ton/m2 H mm. B mm. HZ mm. M mm. S1 5.0 2650 3000 250 122 7.5 3050 2300 250 139 10.0 3300 2100 250 149 S2 5.0 2850 3500 300 126 7.5 3300 2900 350 142 10.0 3600 2500 350 155 T10 5.0 3000 3600 300 135 7.5 3450 3000 350 151 10.0 3800 2600 350 166 T15 5.0 3200 4000 450 - 7.5 3900 3200 450 166 10.0 4300 2900 500 181 T30 5.0 3250 4000 450 159 7.5 3850 3800 450 185 10.0 4300 3400 450 204 T60 5.0 3100 5500 450 271 7.5 3800 4400 550 323 10.0 4300 4100 650 357 T90 5.0 4300 6500 650 - 7.5 4300 5300 650 - 10.0 4300 4500 650 - | 30 PUESTA A TIERRA DE LOS SOPORTES Un equipo o estructura esta a tierra cuando por algún medio su potencial eléctrico se ha igualado a cero. Una instalación eléctrica que carezca de un sistema de tierras en presencia de un desbalanceo de la carga hasta un impulso recibido por un rayo puede ser de consecuencias graves. Al sistema de tierras se le ha dado poca importancia, sin embargo, es indispensable su utilización, pues no solo protege al equipo instalado, sino que también protege las vidas humanas. DADO m 500 H HZ 40 Ө B/2 B | 31 CLASES DE SISTEMA DE TIERRA. De acuerdo al propósito de que se destinen los sistemas de tierra se clasifican de la forma siguiente: A.- Para neutros eléctricos. B.- Para estructuras y partes metálicas no energizadas. C.- Para apartarrayos. Disipa relámpagos y cargas estáticas Generalmente los sistemas de tierras se interconectan para obtener mayor eficiencia. CARARTERISTICAS DE LOS SISTEMAS DE TIERRA A.- Ser permanentes y continuos. B.- Tener la capacidad de conducir la corriente que pueda circular por ellos. C.- Que la impedancia del sistema sea lo suficientemente baja para limitar el potencial sobre tierra y facilitar la operación de los aparatos de sobre corriente. La resistencia del terreno depende de su naturaleza como se ve en la tabla siguiente. Naturaleza del terreno Resistencia en ohms Min. Max. Prom. Rellenos y tierras conteniendo ceniza, carbón Y desperdicios con pequeños porcentajes de sales. Arcilla, barro, pizarra, tierra vegetal Arcilla, barro y tierra vegetal conteniendo proporciones variables de arena grava y roca Grava, arena o roca con muy poca arcilla o tierra vegetal 3.5 2.0 6.0 35 41.0 98.0 800 2700 14.0 24.0 93.8 554 La resistividad del suelo esta en función de la humedad del mismo, por ejemplo, un terreno con 2.5 % en peso de humedad puede dar una resistividad de 250 000 ohm- cm y ese mismo terreno con 10 % tiene 53 000 ohm-cm. La sal de mesa y sales minerales disueltas en la humedad del terreno, bajan considerablemente su resistencia. | 32 Así se tiene que para un contenido de sal en por ciento del peso humedad de 1.00, la resistividad es de 460 ohm-cm y con 10% de sal, baja a 130 ohm-cm. Cuando se hacen pruebas de resistividad de un terreno, se consideran varios factores como la humedad, la profundidad enterrada del electrodo, la temperatura (la resistencia aumenta si baja la temperatura), la proximidad de tuberías, corrientesdisipándose en el suelo etc. Ya que las condiciones de cada terreno son diferentes, no se puede contar con tablas confiables de valores de su resistividad, por lo que el único medio para conocerla es hacer mediciones del terreno. METODOS PARA MEDIR IMPEDANCIAS DE PUESTA A TIERRA La resistividad del terreno se mide fundamentalmente para encontrar la profundidad de la roca, así como para encontrar los puntos óptimos para localizar la red de tierras de una subestación, planta generadora o transmisora en radiofrecuencia. Asimismo puede ser empleada para indicar el grado de corrosión de tuberías subterráneas. En general, los lugares con resistividad baja tienden a incrementar la corrosión. En este punto es necesario aclarar que la medición de la resistividad del terreno, no es un requisito para obtener la resistencia de los electrodos a tierra. Las conexiones de puesta a tierra en general poseen impedancia compleja, teniendo componentes inductivas, capacitivas y resistivas, todas las cuales afectan las cualidades de conducción de la corriente. Las resistencias de la conexión son de particular interés en los sistemas de transmisión de energía (bajas frecuencias), debido a la conexión. Por el contrario, los valores de capacitancia e inductancia son de particular interés en altas frecuencias como en comunicaciones de radio y descargas atmosféricas. Además de lo anteriormente expuesto, las mediciones de puesta a tierra se hacen para: � Proteger efectivamente los sistemas contra los efectos de las descargas atmosféricas. � Proporcionar un medio para disipar la corriente eléctrica en la tierra bajo condicione normales o de corto circuito, sin exceder ningún limite operacional de los equipos o suspender la continuidad del servicio. � Minimizar la interferencia de los circuitos eléctricos de transmisión y distribución con los sistemas de comunicación y control. | 33 PRINCIPIOS Y METODOS DE PUESTA A TIERRA. Dentro de los propósitos principales para los cuales se determinan los valores de impedancia de puesta a tierra están: � Determinar la impedancia actual de las conexiones de puesta a tierra. � Como control y verificación los cálculos en el diseño de sistemas de distribución de puesta a tierra. � La adecuación de una puesta a tierra para transmisión de radiofrecuencia. � La adecuación de la puesta a tierra para protección contra descargas atmosféricas. � Asegurar, mediante el diseño apropiado de la puesta a tierra, el buen funcionamiento de los equipos de protección. A la par de la resistencia de valor óhmico (activa), existe una componente reactiva que hay que tener en cuenta cuando el valor óhmico es menor a 0.5 W, pero es despreciable cuando el valor óhmico es mayor a 1 W. La resistencia de toma de tierra es, prácticamente, la resistencia del volumen del material del terreno que rodea el elemento de la toma hasta una distancia aproximada 5 m. Las mediciones de tierra deben realizarse, no solo durante la energización, sino periódicamente para determinar las posibles variaciones. La medición de resistencia a tierra de electrodos es una técnica que requiere conocer aparte del método de medición, algunos factores que afectan los resultados de las mediciones, y que son: � El tipo de prueba. � El tipo de aparato empleado. � El lugar físico de las puntas de prueba TIPO DE PRUEBA Existen dos tipos de pruebas fundamentalmente. Las demás son variaciones de éstas. Aunque muy parecidas, los resultados de las mediciones no son exactamente los mismos. Los métodos son: a. Método de caída de potencial. Llamado también: Tres Puntos, 62%, etc. b. Método Directo. También conocido como: Dos Puntos. - No reconocido en la NOM- 001-SEMP-1994 | 34 TIPO DE APARATO. No todos los aparatos de medición de resistencia a tierra trabajan de la misma manera. Existen diferencias muy marcadas en el tipo de corriente empleada. A manera de ilustrar estas diferencias, los aparatos más utilizados en nuestro medio son el Vibroground y el Megger de tierras. Ambos emplean corriente alterna para la medición pero el primero a una frecuencia de 25 Hz, el último a 133 Hz. Y los voltajes en circuito abierto son respectivamente de 120 y 22 Volts. LUGAR FISICO Las varillas electrodos de los instrumentos de medición pueden ser colocadas en todas direcciones como a una infinidad de distancias entre ellas. Aunque es el mismo punto de medida, las lecturas no son idénticas; a veces ni en terrenos vírgenes debido a la presencia de corrientes de agua o de capas de distinta resistividad. En los terrenos industriales es aún mayor la diferencia debido a la presencia de objetos metálicos enterrados como tuberías, varillas de construcción, rieles, canalizaciones eléctricas, etc. Todos los resultados son aproximados y se requiere cuidado tanto con el equipo de prueba como con la selección de los puntos de referencia de la puesta a tierra. Dentro de los métodos para la medición de las impedancias de puesta a tierra se conocen los siguientes: � Método de la tierra conocida. � Método de los tres puntos. � Método de la caída de potencial. � Método de la relación. A continuación cada uno de estos métodos es expuesto con sus ventajas y desventajas. | MÉTODO DE LA TIERRA CONOCIDA. Este método consiste en encontrar la resistencia combinada entre el electrodo a probar y uno de resistencia despreciable. Figura 1. Método de la tierra conocida. En este método se hace circular una corriente entre las dos tomas de tierra, esta corriente se distribuye en forma similar a las líneas de fuerza entre polos magnéticos. El inconveniente de este método es encontrar los electrodos de resistencia conocida y los de resistencia despreciable. MÉTODO DE LOS TRES PUNTOS O TRIANGULACIÓN. Consiste en enterrar tres electrodos (A, B, X), se disponen en forma de triángulo, tal como se muestra en la figura 2, y medir la resistencia combinada de cada par: X+A, X+B, A+B, siendo X la resistencia de puesta a tierra buscada y A y B las resistencias de los otros dos electrodos conocidas. Las resistencias en serie de cada par de puntos de la puesta a tierra en el triángulo será determinada por la med que dan determinadas las siguientes ecuaciones: 35 MÉTODO DE LA TIERRA CONOCIDA. Este método consiste en encontrar la resistencia combinada entre el electrodo a probar y uno de resistencia despreciable. Figura 1. Método de la tierra conocida. Rx+Ro hace circular una corriente entre las dos tomas de tierra, esta corriente se distribuye en forma similar a las líneas de fuerza entre polos magnéticos. El inconveniente de este método es encontrar los electrodos de resistencia conocida y despreciable. MÉTODO DE LOS TRES PUNTOS O TRIANGULACIÓN. Consiste en enterrar tres electrodos (A, B, X), se disponen en forma de triángulo, tal como se muestra en la figura 2, y medir la resistencia combinada de cada par: X+A, resistencia de puesta a tierra buscada y A y B las resistencias de los otros dos electrodos conocidas. Figura 2 . Método de las tres puntas. Las resistencias en serie de cada par de puntos de la puesta a tierra en el triángulo será determinada por la medida de voltaje y corriente a través de la resistencia. Así que dan determinadas las siguientes ecuaciones: Este método consiste en encontrar la resistencia combinada entre el electrodo a probar hace circular una corriente entre las dos tomas de tierra, esta corriente se distribuye en forma similar a las líneas de fuerza entre polos magnéticos. El inconveniente de este método es encontrar los electrodos de resistencia conocida y Consiste en enterrar tres electrodos (A, B, X), se disponen en forma de triángulo, tal como se muestra en la figura 2, y medir la resistencia combinada de cada par: X+A, resistencia de puesta a tierra buscada y A y B las resistencias de Las resistencias en serie de cada par de puntosde la puesta a tierra en el triángulo ida de voltaje y corriente a través de la resistencia. Así | 36 R1= X+A R2= X+B R3= A+B De donde X= (R1+R2-R3)/2 Este método es conveniente para medidas de resistencias de las bases de las torres, tierras aisladas con varilla o puesta a tierra de pequeñas instalaciones. No es conveniente para medidas de resistencia bajas como las de mallas de puesta a tierra de subestaciones grandes. El principal problema de este método es que A y B pueden ser demasiado grandes comparadas con X (A y B no pueden superar a 5X), resultando poco confiable el calculo. MÉTODO DE LA CAIDA DE POTENCIAL. Figura 3. Método de la caída de potencial. Es el método mas empleado, los electrodos son dispuestos como lo muestra la figura 3; E es el electrodo de tierra con resistencia desconocida; P y C son los electrodos auxiliares colocados a una distancia adecuada (). Una corriente (I) conocida se hace circular a través de la tierra, entrando por el electrodo E y saliendo por el electrodo C. La medida de potencial entre los electrodos E y P se toma como el voltaje V para hallar la resistencia desconocida por medio de la relación V/I . La resistencia de los electrodos auxiliares se desprecia, porque la resistencia del electrodo C no tiene determinación de la caída de potencial V. La corriente I una vez determinada se comporta como constante. La resistencia del electrodo P, hace parte de un circuito de alta impedancia y su efecto se puede despreciar. | 37 MÉTODO DE LA RELACIÓN. En este método la resistencia a medir, es comparada con una resistencia conocida, comúnmente usando la misma configuración del electrodo como en el método de la caída de potencial. Puesto que este es un método de comparación, las resistencias son independientes de la magnitud de corriente de prueba. La resistencia en serie R de la tierra bajo prueba y una punta de prueba, se mide por medio de un puente el cual opera bajo el principio de balance a cero. COMO BAJAR LA RESISTENCIA A TIERRA El reglamento de Obras e Instalaciones Eléctricas permite una resistencia máxima de 25 ohms en estructuras de líneas de transmisión, pero se debe de procurar que este valor sea menor. Existen varios métodos para bajar al valor adecuado, cuando la resistencia de una conexión a tierra es muy alta, y son los siguientes: ° Instalación de múltiples varillas de tierra ° Enterrando más la varilla de tierra ° Tratamiento químico del suelo INSTALACION DE MULTIPLES VARILLAS DE TIERRA Al enterrar dos o más varillas en el suelo a determinada distancia una de otra, en paralelo a tierra e interconectadas, se puede lograr que dos varillas con bastante separación den el 50 % de resistencia de una sola: si la separación es de 180 cm., la resistencia es de 58% de una de ellas aproximadamente. Si se interconectan cuatro varillas a la misma distancia que el ejemplo anterior, no se obtiene el 25 % de una sola, se tendrá el 30%. Como se puede ver, la resistencia no baja proporcionalmente al número de varillas. No es práctico separar mucho las varillas debido a que se aumenta a la resistencia del cable la resistencia del suelo. | 38 ENTERRANDO MAS LA VARILLA DE TIERRA La profundidad a la cual la varilla es encajada, influye considerablemente en su resistencia, ya que a partir de una distancia de 2.40 m. aproximadamente, la disminución de la resistencia por encajar mas la varilla es muy poca. Sin embargo en terrenos donde la humedad permanente existe en capas profundas, es aconsejable usar electrodos de mayor longitud. Además con el uso de electrodos largos se puede manejar mayor cantidad de corriente. Para aumentar la longitud de una varilla de tierra, se fabrican tipos de electrodos seccionables, los cuales tienen rosca en sus extremos. Para clavarlos se atornilla en un extremo una punta y en el otro una cabeza que resiste los impactos. Cuando se ha enterrado la varilla, se quita la cabeza y en su lugar se atornilla un cople para unir la siguiente varilla y así sucesivamente. TRATAMIENTO QUIMICO DEL SUELO El tratamiento del suelo que rodea al electrodo es un método muy efectivo para que la resistencia del terreno se pueda reducir. La temperatura ambiente, la humedad del terreno, etc., son factores que determinan la duración del tratamiento. Los ingredientes a utilizar pueden ser sulfato de amonio, sulfato de magnesio, sulfato de fierro, sulfato de cobre, cloruro de calcio, sal de mesa, nitrato de sodio, etc. Con el tratamiento químico se puede reducir la resistencia del terreno del 15 al 90% dependiendo de su naturaleza. La desventaja es que su efecto no es permanente, por lo que al cabo de unos años se debe volver a hacer el tratamiento. Uno de los tratamientos es hacer una excavación alrededor del electrodo, donde se vacía el compuesto químico, posteriormente se rellena la excavación. Esto tiene las ventajas de que el producto químico no esta en contacto directo con el electrodo y al filtrarse en el suelo abarque un gran volumen de tierra. Ciertas sustancias como el sulfato de sodio, el cloruro de calcio etc., en contacto directo con el electrodo lo corroen. Otro tratamiento es poner el compuesto químico dentro de un tubo de albañal perforado y enterrarlo junto al electrodo. En este caso la sustancia química debe estar mas concentrada que en el procedimiento anterior. Como la transmisión de la energía eléctrica se hace en tres fases, si en el extremo de alimentación de la línea al sistema es conexión estrella, el neutro de esta se conecta | 39 a tierra. Cuando es conexión delta, se le provee de un neutro por medio de un transformador especial que es conectado también a tierra. La puesta a tierra de estructuras metálicas es con el objeto de evitar voltajes peligrosos cuando un conductor hace contacto con las estructuras y además para conducir a tierra la corriente de las descargas atmosféricas. Entre menor sea la resistencia de tierra, es mas efectiva la protección del cable de guarda contra las corrientes de choque debidas a rayos. La naturaleza del suelo a lo largo de la línea es variable, por lo que se deben efectuar pruebas de resistencia eléctrica del terreno parar seleccionar el tipo de conexión a tierra mas conveniente. La conexión a tierra de las estructuras que se hace en CIA. De Luz y Fuerza del Centro, es utilizado cable de cobre desnudo Nº 4/0 AWG de siete hilos y los electrodos son varillas copperweld de características anteriormente anotadas. Para evitar la corrosión en las conexiones entre el cable y el electrodo, se emplea un conductor de bronce mecánico en la parte superior del electrodo. Las uniones de los conductores se hacen con conectores de presión, pero si se hace algún tipo de entorchado, este se debe estañar. Es recomendable no enterrar los electrodos muy cerca de la cimentación para que esté clavado en tierra no removida y obtener así una mayor presión del terreno sobre la varilla. La conexión del cable de tierra con la estructura se debe hacer con una grapa atornillada a la pata de la torre, arriba de la superficie del terreno, donde puede ser desconectado cuando sea necesario hacer pruebas de la resistencia del terreno. ARMADO Y PARADO CON PLUMA FLOTANTE El armado y parado con pluma flotante, se lleva a cabo cuando no hay espacio para armar la torre en piso, o no existe acceso para la grúa o simplemente cuando el terreno esta despejado y se puede llevar el armado sin mayor prisa. La pluma consiste de una viga estructural triangular cuya longitud varia de 4.5 a 7.5 mts. Dependiendo del tipo de torre que se vaya a armar, en el extremo inferior se coloca una “garrucha “que consta de una (polea triple) patesca giratoria de maniobra y una polea doble con cable Uní linee de 70 y 140 mts. en la base, eslabones para permitir sujetarlaen cuatro puntos a los montantes he izarla cuando se requiera. El armado por partes o por caras se realiza con una pluma seccionable de celosía de acero descrita anterior mente. Una vez que el concreto de la cimentación ha fraguado, se procede con el armado del cono. Las piezas de la estructura se | 40 seleccionan para después ser colocadas de acuerdo con el observado en el plano de armado y tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: a.- Durante el armado no se deben forzar las partes en el acoplamiento ni colocar piezas deformes. b.- El armado se debe hacer como lo indican los planos; teniendo cuidado de colocar los rellenos, seguros (palnuts) y tornilleria de acuerdo con lo especificado en los planos de armado. Símbolos de diámetro de tornilleria y barrenacion en estructuras utilizadas en los planos de armado. Símbolo Ф Tornillo (Pulg.) Ф Taladro (Pulg.) Símbolo Ф Taladro (Pulg.) ⅜ 7/16 ⅜ Ө ½ 9/16 Ө ½ О ⅝ 11/16 О ⅝ ● ¾ 13/16 ● ¾ ∆ ⅞ 15/16 ∆ ⅞ ▲ 1 1 1/16 ▲ 1 1 ⅛ 1 3/16 1 ⅛ 1 3/8 c.- El apriete de las tuercas debe hacerse con la herramienta adecuada para evitar daños en el galvanizado o material. El par de apriete debe ser en concordancia al diámetro del tornillo y a la calidad del acero. | 41 DIAMETRO DEL TORNILLO PAR DE APRIETE mm. Plg. Kg-m Lb-pie 12.7 ½ De 5.11 a 5.39 De 37 a 39 15.9 5/8 De 10.23 a 11.47 De 74 a 83 19.1 ¾ De 14.51 a 16.58 De 105 a 120 22.2 7/8 De 22.11 a 26.12 De 160 a 189 25.4 1 De 32.62 a 38.97 De 236 a 282 Armado y nivelado de la primera sección (cono) Cuando la cimentación es de zapatas de concreto y acero (anclas de escalera) o requiere cimentación de acero (marimba) se procede al armado del cono por piezas, con un brazo hidráulico de capacidad mediana. 1.- Con ayuda del brazo hidráulico se arman los zapatos con los montantes correspondientes según los planos de armado. 2.- el personal operativo realiza las maniobras necesarias para sujetar la pata al brazo hidráulico con ayuda de gasas de cable de acero o cable de uní linee 3.- lentamente el brazo izara la pata la cual será controlada por el personal operativo para evitar movimientos bruscos al momento de levantarla. Se ensamblara esta en la base de concreto. Se repite así los tres pasos hasta tener en su lugar las cuatro patas del cono, mientras estas maniobras se llevan a cabo el resto del personal, arma las equis que de la misma forma serán instaladas en las caras que forman el cono, para posteriormente realizar el nivelado del mismo . La nivelación de la primera sección o cono es muy importante ya que una variación en las distancias del piso a la parte superior de las patas, puede provocar problemas de ensamble entre caras conforme el armado de la torre vaya progresando. Esto llevaría sin duda a tener un atraso enorme en los trabajos sin mencionar la perdida que en materia económica significa para la obra. | 42 En uno de los métodos para nivelar el primer cuerpo o cono de la torre, se procede en la siguiente forma; que de su parte media se puede suspender el cono con cable de acero, o bien se mueven las patas con barretas y gatos de escalera. Todo este trabajo se hace dentro de la cepa en la siguiente forma: a.- Cada montante trae de fábrica una muesca la cual se debe de identificar. b.- Se estaciona el transito en el centro de la base. c.- Se tira una visual horizontal hacia uno de los montantes y se marca d.- Se mide la distancia entre esa marca y la muesca. Esa misma distancia se marca en las tres patas restantes. e.- Se suben o se bajan con gato y barretas cada una de las patas poniendo o quitando lainas de fierro hasta que las marcas coincidan con las visuales horizontales que da el transito. Las patas de las torres se enumeran de la forma que sigue: De acuerdo con el nombre de la línea, se considera que ésta principia en la subestación del primer nombre. Por ejemplo en nuestro caso, la línea se llama Derivación a S.E. Tecamac, se supone que principia en la derivación con otra línea (Apasco Texcoco) y termina en la S.E. Tecamac. Cuando situamos las líneas imaginarias que unen las patas 1-4 y 2-3 en una perpendicular el eje longitudinal de la línea, y al mismo tiempo las diagonales que unen las patas 1-3 y 2-4 cruzan en la imaginaria por el centro de la base, se puede decir que nuestro cono esta alineado. Para realizar la alineación considere los siguientes pasos: a.- en cada una de las caras que forman el cono, en las piezas horizontales que se encuentran a dos o mas metros del piso se, marcara el centro. b.- al centro de la base se coloca y nivela el transito, tirando una visual al centro de la base anterior. El telescopio se gira en sentido vertical hasta coincidir con el centro de la pieza horizontal. En caso de no existir coincidencia entre estos puntos, el cono se recorre hasta que se logre. c.- se da vuelta de campana al telescopio y se procede de la misma forma con la cara opuesta del cono. 90° Línea Apasco Texcoco S.E. Tecamac 3 1 4 2 | 43 d.- en sentido horizontal se gira el telescopio 90° y se hace coincidir los centros de las piezas horizontales de la cara izquierda. e..- se da vuelta de campana al telescopio y se hace coincidir el centro de la pieza horizontal de la cara derecha con la visual moviendo el cono. f.- se debe verificar que las muescas de cada pata tengan la misma distancia al centro de la base. Cuando esta distancia no se pueda medir por lo accidentado del terreno, se toma una distancia en cada montante a partir de cada muesca hacia arriba y se marca en la parte interna. Se calcula la madia diagonal a esa altura y se comprueba la distancia entre cada una de las marcas y el hilo de la plomada del transito. Si se tiene que hacer alguna corrección esta se realiza alejando o acercando las patas al centro de la base. La tolerancia de las diagonales, alineamiento y nivelado puede ser de tres milímetros como máximo, debido a que en la fabricación de lasa estructuras hay pequeñas variaciones. | 44 MONTAJE DE LA PRIMERA SECCIÓN CON PLUMA Cuando la torre es ligera Par el armado de la torre con pluma flotante y con cimentación tipo zapata anclado son: a.- se coloca en el centro de la base una estructura metálica de forma triangular (pluma) de tres secciones la cual tiene un su parte superior un cabezal con alma de bronce que permite el paso y deslizamiento de un cable de acero de ¾ que se ara llegar al malacate dispuesto en un camión de redilas (winch). b.- para mantener la vertical de la pluma, esta se sujeta a las patas del cono por medio de garruchas, las cuales constan de dos poleas, una doble y una triple unida por cable uní linee, cuatro de estos juegos se colocan en la parte inferior y otra cantidad igual en la parte superior. c.- la longitud de las garruchas son dos, de 70 y 140 metros. Las más largas se instalaran en la parte inferior, ya que con estas se dará la altura deseada a la pluma; y las cortas en la parte superior. d.- se debe tomar en cuenta que las poleas dobles irán instaladas a la torre en la parte inferior y las triples en la estructura metálica (pluma), y en la parte superior será lo contrario. e.- Se van armando las caras de la estructura en piso lo más próximo a la base. Se amarra un estrobo a la parte superior de la cara y se engancha en ellos la punta del | 45 cable de acero que esta contenido en el camión de redilas con el malacate (winch) y posteriormente con ayuda de la pluma, estas se van instalando en los cuatro puntos de la torre, cabe mencionar que gracias a las patescas giratorias de maniobra, la pluma se puede inclinar hacia el costado en el cual se esta realizando
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