Línea eléctrica de media tensión

Electricidad. Transporte de energía eléctrica. Potencia. Cableado. Cálculo. Aislamiento. Vanos de regulación. Separaciones. Apoyos. Cimentaciones. Conductores

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PROYECTO DE LINEA ELÉCTRICA DE MEDIA TENSIÓN MEMORIA

FINALIDAD DE LA LÍNEA:

Una explotación agrícola, formada por una granja de cerdos, piensa ser electrificada, para lo cual hay que llevar la energía eléctrica desde la línea más próxima, ya existente, que tiene apoyos metálicos de tipo C-2000, hasta una caseta de transformación, para suministrar, en baja tensión, energía a dicha granja.

El conjunto de transformador (y resto de la instalación que no es necesario explicitar) se contemplará en otro proyecto.

TRAZADO DE LA LÍNEA:

La línea que se proyecta está situada en la provincia de Navarra, y toda ella comprendida en los términos municipales de Tafalla y San Martín de Unx.

La línea se sitúa a una altitud comprendida entre los 415 (m) y los 440 (m) sobre el nivel del mar, correspondiendo todo su recorrido a la zona media Navarra.

En el Plano Nº 1, que corresponde al de situación, el emplazamiento de la línea queda claramente definido.

Se ha procurado que la línea tenga el menor número de alineaciones y que los ángulos no sean pronunciados.

La línea tiene dos alineaciones con las siguientes longitudes:

-Alineación I: 1.493 (m)

-Alineación II: 1.449 (m)

La longitud total de la línea es de 2.942 (m).

.

En el Plano Nº 2 se da el perfil longitudinal y la planta.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA LÍNEA:

La línea, de un circuito trifásico de un conductor por fase, debe tener una capacidad de transporte de 5.000 (kVA), con un factor de potencia de cosφ= 0.98 a tensión compuesta de tensión nominal (para este trabajo de curso será de 20 kV), por lo que su tensión más elevada (Art. 2 del Reglamento) será de 24 kV, siendo la línea de 3ª Categoría.

La frecuencia de la línea será de 50 Hz.

Como se deduce en el Anejo Nº 1 - Cálculos eléctricos -, atendiendo a criterios de intensidad y potencia máxima a transportar, el conductor que se utilizará será el LA56, que tiene una intensidad y una potencia de transporte máximas de 144,34 A y 5000 kVA, respectivamente.

La máxima caída de tensión se establece en un 5 por 100, por lo que teniendo en cuenta que la longitud de la línea es de 2,942 km, que como se indica en el ya citado Anejo Nº 1 -Cálculos eléctricos -, deducimos que para el conductor LA 56, la potencia máxima a transportar, teniendo en cuenta este criterio, será de 5000 kVA.

En consecuencia, tanto por densidad de corriente, como por caída de tensión, el tipo de conductor adecuado será el LA 56, para el transporte de energía del caso propuesto.

Como el acopio no presenta especiales dificultades los apoyos elegidos para la línea serán de hormigón, menos el de ángulo y el de fin de línea que son metálicos, y el número de soportes será de 28.

El aislamiento como se indica en el Anejo Nº 3 -Aislamientos y separaciones - será de cadenas de suspensión o amarre según los casos, siendo el tipo de aislador U 40 BS, y el número de aisladores por cadena de suspensión o amarre será 3.

CÁLCULO ELÉCTRICO.

En el Anejo Nº 1 - Cálculo eléctrico - se dan los cálculos eléctricos del conductor empleado.

Para la capacidad de transporte de 5000 kVA con un cosφ= 0.98 y la longitud de la línea de 2,942 km, el conductor empleado soporta una densidad de corriente de 2,6 A/mm2, hay una caída de tensión porcentual del 3,095 % y una pérdida de potencia del 2,854%, todos ellos valores dentro de los márgenes admisibles.

CÁLCULO MECÁNICO.

En el Anejo Nº 2 -Cálculo mecánico- se desarrollan los cálculos mecánicos de los conductores. Se van a tener en cuenta las dos condiciones siguientes:

A) Que el coeficiente de seguridad a rotura sea como mínimo igual a 3 (o 2,5), en las condiciones atmosféricas más desfavorables que producen la mayor tensión mecánica de los conductores.

B) Que la tensión de trabajo de los conductores a 15Cº, sin ninguna sobrecarga, no exceda del 15 % de la carga de rotura. Esto corresponde al E.D.S. (Every Day Stress).

El objeto de este cálculo mecánico de los conductores es determinar las tensiones que deben darse en el momento del tendido de la línea, para que cuando se den las condiciones de la hipótesis más desfavorable la tensión correspondiente sea la máxima admisible, es decir/ la de rotura dividida por el coeficiente de seguridad.

Igualmente se obtendrá de los cálculos la flecha máxima en cada vano, al objeto de determinar la altura de los apoyos o la distancia entre apoyos para una altura de apoyos "H" dada.

Para los 2 tramos, se obtienen las tablas de tensiones y flechas de tendido para los diversos vanos de cada tramo y que vienen recogidos en las Tablas de regulación de tendido del Anejo Nº 2 - Cálculo mecánico -.

AISLAMIENTOS Y SEPARACIONES.

En el Anejo Nº 3 - Aislamientos y separaciones - se estudian los niveles de aislamiento elegidos, 3 x U 40 BS, al objeto de que cumplan las condiciones reglamentarias.

Se estudian igualmente, las diferentes distancias de seguridad, entre conductores y terreno, que junto con la flecha máxima determina la altura de los apoyos, la distancia de los conductores entre sí y entre estos y los apoyos, que definirá el tipo de cruceta a utilizar. En los cálculos se verifica que con la cruceta elegida para este proyecto se cumplen las separaciones definidas, de acuerdo con el Reglamento.

CALCULO DE LOS APOYOS.

El Anejo Nº 4 - Cálculo de apoyos - desarrolla los cálculos de los apoyos. Para cada uno de los tipos de apoyos de alineación, ángulo, anclaje y fin de línea, se determina por un lado la altura y el esfuerzo libre en punta que deben resistir.

Para el cálculo del esfuerzo en punta, se han estudiado los esfuerzos en cada apoyo, tanto en el sentido longitudinal de la línea como en el transversal, aplicados en la cogolla del poste y de acuerdo a las diversas hipótesis reglamentarias.

Se ha comprobado que para los apoyos elegidos, indicar cuales según se trate de apoyos de alineación, ángulo anclaje o fin de línea, tienen un esfuerzo libre en punta superior al que van a estar sometidos, obtenido por los cálculos.

CIMENTACIONES.

El Anejo Nº 6 corresponde al cálculo de las cimentaciones necesarias para los postes, tanto de hormigón como metálicos. Para cada uno de los postes normalizados, están igualmente normalizadas las dimensiones de los monobloques de hormigón.

En el Anejo se comprueba para cada caso, y en función del esfuerzo en punta y de la presión del viento sobre el apoyo, que producen un momento de vuelco, el coeficiente de seguridad obtenido es superior a los valores de los coeficientes de seguridad reglamentarios.

ELEMENTOS QUE INTEGRAN LA INSTALACIÓN.

Este apartado comprenderá los siguientes subapartados:

- Conductor desnudo: Sección: 54,6 mm2

Diámetro: 9,45 mm

Carga de rotura: 1640 daN

Masa: 189,1 Kg/km

Modulo de elasticidad: 79000 N/mm2

Coeficiente de dilatación lineal: 19,1.10-6 ºC-1

- Aisladores: U 40 BS Masa: 1,66 kg

  • Herrajes y accesorios:

Cadenas de suspensión: Horquilla bola en V: HB 11 (0,29 kg)

Rotula de anilla: R 11 (0,26 kg)

. Grapa antideslizante: GS 1 (0,5)

Cadenas de amarre: Horquilla bola en V: HB 11 (0,29 kg)

Rotula de anilla: R 11 P (0,41 kg)

. Grapa antideslizante: G 1 (0,55)

Apoyos: Apoyos de alineación: Apoyos de hormigón normalizados de 11 m.

Apoyos de anclaje, ángulo y fin de línea: Apoyos metálicos, concretamente C-2000.

ANEJO Nº 1 - CÁLCULOS ELÉCTRICOS

A1.1.-CONSTANTES DE LA LÍNEA:

A) Resistencia:

La resistencia eléctrica a 20º C del conductor LA56 que se va a utilizar (S = 9.45 mm2) es de 0.6136 l Ω/km.

R 20º C = 0.6136 l Ω/km

Si se supone una temperatura de trabajo de 90° C y un coeficiente de variación de la resistencia con la temperatura α = 0.00345, se tendrá finalmente:

R 90º C = R 20º C (1 + α Δt)

R 90º C = R 20º C (1 + α . 70) = 0.7618 Ω

B) Inductancia:

El coeficiente de autoinducción de cada conductor de la línea, tendrá por expresión:

L = [0.5 + 4.6 log (D/r)] . 10-4 H/km

Donde: r = radio de cada conductor

D = (d1. d2. d3)1/3

Siendo d1, d2 y d3 las distancias de los conductores entre sí (que es función de la cruceta elegida).

Con lo que, dado que

D = (3,200 . 1,644.506 . 1,644.506)1/3 = 2,053.08 m

L = (0.5 + 4.6 . log (2,053.08/4.725) . 10-4 = 12.63 .10-4 H/km.

Así pues, la inductancia de la línea será:

X = 2πf . L = 2π . 50 . L = 100π . L

(f = frecuencia de la línea)

X = 100π . 12.63 . 10-4 = 0.3968 Ω/km.

C) Perditancia:

No se tiene en cuenta atendiendo a las características de la línea de que se trata. (Corta longitud y tensión moderada).

D) Capacidad:

El efecto de la capacidad es asimismo despreciable en este caso por lo que se omite su cálculo.

A1.2.-CÁLCULO DE LA CAÍDA DE TENSIÓN:

Para la máxima potencia que puede transportar la línea, o sea 5000 kVA, se tendrá:

Pmáx(kVA) = 3 1/2 . U nom (KV) . I(A)

I (A) = Pmáx / (3 1/2 . 20) = 144.34 A.

El valor de la denominada caída de tensión industrial, para un cosφ = 0.98, será:

ΔU = 3 1/2 . I . (R 90º C . cosφ + L . senφ) . l (1= longitud en km)

ΔU = 1,73 . 144.34 . (0.7618 . 0.98 + 0.3968 . 0.2 ) 3 = 619.16 V

Que supone sobre la tensión nominal de 20 kV un porcentaje de:

ε U = (619.16 . 100 /2 0,000) = 3.0958 %

Valor inferior al 4 % establecido.

A1.3.-CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE POTENCIA:

La pérdida de potencia de la línea será:

Pp = 3 . I2 . (R 90º C . l)

Pp = 3 . 144.342 . (0.7618 . 3) = 142,842.31 W

y por tanto la pérdida porcentual será:

ε P = Pp.100 / Pmáx = 2.854 %

En las condiciones de la máxima potencia previsible, siendo esta perdida inferior al 3 % establecido.

A1.4.-EFECTO CORONA:

El reglamento no considera preceptiva esta comprobación para líneas de la categoría de esta.

ANEJO 2: CÁLCULO MECANICO DE CONDUCTORES

A2.1.- CÁLCULO DE SOBRECARGAS:

  • Sobrecarga por viento:

Al tratarse de un conductor de diámetro inferior a 16 mm se tendrá en cuenta (Articulo 16) un viento que dé lugar a una presión de 60 Kg. /m2.

pv (Kg. /m)= Presión (Kg. /m) × g × Diámetro (m)

pv (daN)= 0,56 daN/m

  • Peso propio del conductor:

pp = = 0,1853 daN/m

  • Peso total (carga unitaria que actúa sobre el conductor):

p= daN/m

A2.2.- CONDICIONES DE CÁLCULO DE LA TENSIÓN:

En el artículo 17 del RLAT se especifican las sobrecargas (acciones) y temperaturas que han de considerarse en el cálculo, según la zona donde se instale la línea.

Tracción máxima admisible(Trotura/c.s)

Tensión de cada día

(15% Trotura)

Tensión en horas

frías (22,5% Trotura)

Sobrecarga

Temp.(ºC)

Sobrecarga

Temp.(ºC)

Sobrecarga

Temp.(ºC)

Zona A (menos de 500 m)

Viento

-5 ºC

No

15 ºC

No

-5 ºC

A2.2.1- CÁLCULO DE TRACCIÓN MAXIMA ADMISIBLE:

En el artículo 27 del Reglamento de Líneas Aéreas Eléctricas de Alta Tensión, se especifica que la tracción máxima de un conductor no debe ser superior a su carga de rotura dividida por 3 (coeficiente de seguridad); considerándolo sometido a la hipótesis de sobrecarga definida en el anterior apartado. daN

A2.2.2.- CÁLCULO DE TENSIÓN DE CADA DIA:

Tensión máxima admisible en un cable durante el período de tiempo más largo del año, sin que experimente vibraciones eólicas, considerándolo sometido a la sobrecarga y temperatura del cuadro del apartado anterior.

15% Trotura = daN

A2.2.3.- CÁLCULO DE TENSIÓN EN HORAS FRÍAS:

Tensión máxima admisible en un cable sin que experimente vibraciones eólicas, en casi de temperaturas mínimas frecuentes. Para su calculo se considera que el conductor esta sometido a la sobrecarga y temperatura especificadas en el cuadro anterior.

22,5% Trotura = daN

A2.2.4.- ECUACIÓN DE CAMBIO DE CONDICIONES:

Para ver que criterio de los tres que hemos calculado es más limitante, es necesario que las tensiones estén referidas a las mismas condiciones. De este modo, esta ecuación nos permite comparar las tensiones a las que se somete el conductor según diferentes hipótesis (criterios), y ver cual de ellas es la más restrictiva. Tomaremos como criterio de referencia la tracción máxima admisible.

  • Tensión en horas frías:

Temp. (θ)

Tensión (T)

Carga (p)

Condiciones iniciales

-5 ºC

369 daN

0,1853 daN/m

Condiciones finales

-5 ºC

¿T2?

0,59 daN/m

daN

α= 19,1.10-6 (m/mºC) T1= 369 (daN) E= 7900(daN/mm2)

θ1= -5 (ºC) p2= 0,59 (daN/m) a= 105(m)

θ2= -5 (ºC) S= 54,6 (mm2) p1= 0,1853(daN/m)

  • Tensión de cada día:

Temp. (θ)

Tensión (T)

Carga (p)

Condiciones iniciales

15 ºC

246 daN

0,1853 daN/m

Condiciones finales

-5 ºC

¿T2?

0,59 daN/m

537,27 daN

α= 19,1.10-6 (m/mºC) T1= 246 (daN) E= 7900 (daN/mm2)

θ1= 15 (ºC) p2= 0,59 (daN/m) a= 105 (m)

θ2= -5 (ºC) S= 54,6 (mm2) p1= 0,1853 (daN/m)

  • Tensión mas limitante:

T horas frías > Tracción máx. > T cada día 548,39 > 546,67 > 537,27 daN

Por lo tanto, la tensión más limitante es la tensión de cada día.

A2.3.-CONDICIONES DE CÁLCULO DE FLECHAS MÁXIMAS:

Tratamos de determinar la mayor flecha que se puede presentar a lo largo de la vida del conductor tendido.

Se supone al conductor sometido a la tensión más limitante, y a diferentes condiciones climáticas. Elegimos la mas restrictiva, ya que, la flecha máxima condiciona la altura del apoyo, que ha de elegirse de forma que se cumplan las distancias de seguridad reglamentarias.

  • Hipótesis de viento:

Se supondrá el cable sometido a su peso propio y a una sobrecarga de viento reglamentaria a la temperatura de 15 ºC (Articulo 27)

Temperatura (ºC)

Tensión (daN)

Carga (daN/m)

Condiciones iniciales

-5

537,27

0,59

Condiciones finales

15

¿T2?

0,59

daN

Flecha=f = m

  • Hipótesis de temperatura:

Se supone el cable sometido a la acción de su propio peso a la temperatura máxima previsible, teniendo en cuenta las condiciones climatológicas y de servicio de la línea, y no siendo en ningún caso inferior dicha temperatura a 50 ºC (Articulo 27).

Temperatura (ºC)

Tensión (daN)

Carga (daN/m)

Condiciones iniciales

-5

537,27

0,59

Condiciones finales

50

¿T2?

0,1853

daN

f= m

  • Flecha máxima:

Dado que el valor mas restrictivo de flecha máxima es el obtenido con la hipótesis de viento, será este valor de 1,768 (m) el asumido como flecha máxima del conductor.

1,707 (m) <1,768 (m) ⇒ f máxima= 1,768 (m)

A2.4.- VANO IDEAL DE REGULACIÓN:

Cuando los vanos correspondientes a un tramo no son iguales se determina a efectos de cálculo, el denominado vano de regulación. Éste se utiliza para determinar la tensión uniforme que existe en los vanos de un conductor comprendidos entre dos apoyos de anclaje para cualquier condición de temperatura o de sobrecarga. Dicho vano se calcula empleando la siguiente expresión:

En la presente línea encontramos un apoyo de anclaje que divide la línea en dos tramos, para los cuales debemos calcular el vano de regulación.

  • Tramo 1: m

  • Tramo 2: m

Tal como se especifica en el RLAT, en caso de tener longitudes de vano comprendidas entre los 90 y los 200 metros, como es el caso, la desviación con respecto al vano ideal de regulación puede ser de hasta el 7 %.

Vano ideal de regulación= 105 m

es el error máximo a cometer.

105+7,35= 112.35

Luego, los vanos pueden tener una longitud máxima de 112, 35 (m).

Ya que, en ambos tramos la longitud del vano de regulación es inferior a la longitud de vano máxima podemos afirmar que nos encontramos dentro del 7% reglamentario.

A2.5.- CURVAS CARACTERÍSTICAS:

A2.5.1.- FLECHAS MÁXIMAS:

Para determinar la distribución de los apoyos en el perfil de la línea es necesario dibujar previamente la denominada parábola de flechas máximas, cuya ecuación es la siguiente:

La flecha para un determinado vano “a” será la ordenada de dicha curva para el valor x= a/2, y por lo tanto el parámetro “2h” valdrá:

Luego, la ecuación de la parábola de flechas máximas que vamos a representar es:

El dibujo de la parábola se adjunta al final del presente documento.

A2.5.2.- FLECHAS MINIMAS:

En los casos en que se presentan las condiciones de flecha mínima vertical es necesario asegurarse de que ningún apoyo se vea sometido a un tiro vertical, que trataría de sacar el apoyo de su cimentación.

En nuestro caso, la distribución de los apoyos, debido a la configuración del terreno, no concibe la posibilidad de que algún apoyo se vea sometido al mencionado tiro vertical.

A2.6.- TABLAS DE REGULACION DE TENDIDO:

Es prácticamente seguro que en el momento en que se vaya a procederse al tendido del cable, las condiciones atmosféricas no coincidirán con las que han configurado la hipótesis aceptada como la más desfavorable. Por ello, es necesario preparar una tabla en la que se especifiquen las tensiones y flechas máximas que debe tener el conductor en diferentes condiciones atmosféricas. Como condiciones atmosféricas es lo más frecuente admitir la no existencia de viento y como única variable la temperatura. Para el cálculo consideramos como condiciones iniciales la hipótesis más desfavorable.

Tabla auxiliar para los vanos de regulación:

TEMPERATURA (ºC)

TENSION (daN)

FLECHA (m)

-5

537,27

1,768

0

322,5210093

0,79

5

294,414286

0,86

10

268,8439234

0,94

15

245,9825245

1,038

20

225,7907084

1,13

25

208,1616995

1,23

30

192,8638071

1,32

35

179,6255224

1,42

40

168,159362

1,52

45

158,2053695

1,61

50

149,5160476

1,707

Una vez obtenida la flecha del vano de regulación, se determina la correspondiente a cada vano real siguiendo esta fórmula:

Los datos se adjuntan en la siguiente tabla.

ANEJO Nº 3: AISLAMIENTOS Y SEPARACIONES

A3.1.-AISLAMIENTOS:

A3.1.1.- CADENA DE SUSPENSIÓN:

  • Cálculo eléctrico:

Según el Artículo 24 del Reglamento, el "nivel de aislamiento" se define por las tensiones soportadas bajo lluvia a 50 Hz durante 1 minuto y con onda de impulso de 1,2/50 microsegundos según normas de la Comisión Electrotécnica Internacional.

En el citado Artículo se indican los niveles de aislamiento correspondientes a las distintas "tensiones más elevadas de la línea" de acuerdo con los valores de las tensiones nominales normalizadas, incluidas en el Artículo 2.

Para una tensión nominal de 20 kV (línea de categoría 3) se tiene según el ya citado Artículo 24:

CATEGOTÍA DE LA LÍNEA

TENSIÓN MÁS ELEVADA.

kV EFICACES

TTENSIÓN DE ENSAYO AL CHOQUE.

kV CRESTA

TENSIÓN DE ENSAYO A FRECUENCIA INDUSTRIAL.

kV EFICACES

3

24

125

50

Se denomina usualmente "grado de aislamiento" "g" a la relación entre la longitud de la línea de fuga de un aislador (o la total de la cadena) y la tensión entre fases de la línea. La longitud de la línea de fuga de un aislador, v, se mide sobre la superficie del mismo.

La de una cadena de aisladores es la de un solo aislador "g" multiplicada por el número "n" de los que la componen: n . G.

Los grados de aislamiento recomendados, según las zonas que atraviesen las líneas, son los siguientes:

ZONAS

GRADOS DE AISLAMIENTO

Forestales y agrícolas

de 1,7 a 2,0 cm/kV

Industriales y próximos al mar

de 2,1 a 2,5 cm/kV

Id. y muy próximos al mar

de 2,6 a 3,2 cm/kV

Id. con fábricas de productos químicos, centrales térmicas, etc.

más de 3,2 cm/kV

En el caso de la línea que se estudia (zona forestal y agrícola) el grado de aislamiento será, a la vista de los datos precedentes, de 1,7 a 2 cm/kV y la tensión entre fases a considerar será de 24 kV.

La longitud de la línea de fuga de los aisladores U 40 BS de 1.66 kg que se utilizarán tanto en las cadenas de amarre como en las de suspensión es, según datos facilitados por el fabricante, de 185 mm.

Por ello, para obtener un grado de aislamiento de 2 cm/kV hará falta un número de aisladores dado por:

n = g . Umax / ν

n = (2 . 24) /18.5 = 2.59

por lo que se dispondrán cadenas de 3 elementos cada una.

  • Cálculo mecánico.

Las cadenas de suspensión, a tenor de los cálculos eléctricos antes efectuados, se compondrán de 3 aisladores U 40 BS.

Los herrajes utilizados para soportar la cadena a la cruceta y el conductor al último de los aisladores de la indicada cadena serán:

HERRAJES

TIPO

PESO kg

Horquilla bola en V

HB 11

0.29

Rotula de anilla

R 11

0.26

Grapa antideslizante

GS 1

0.50

El peso de la cadena es de: 3 . 1.66 = 4.98 kg

A su vez el peso de los herrajes es: 0.29 + 0.26 + 0.50 = 1.05 kg

Con lo que el peso total de la cadena (aisladores más herrajes) será:

4.98 + 1.05 = 6.03 kg

El peso unitario del cable de 54.6 mm2 de sección total es, según se indicó, 0.1981 kg/m y la tensión máxima en las condiciones de la hipótesis "Tensión de cada día", supuesta como la más desfavorable, 537.27 daN.

A la vista de estos datos se tendrá:

a) Cargas normales:

La longitud máxima del vano en este caso es de 129 m.

- Peso de una fase simple: 0.1891 kg/m . 129 m = 24.38 kg

- Sobrecarga de manguito de viento: [(0.59 . 10) / 9.81] . 129 = 77.66 kg

- Peso de 3 aisladores U 40 BS: 3 . 1.66 = 4.98 kg

- Peso estimado de herrajes y accesorios: 1.05 kg

PESO TOTAL = 108.07 KG

o sea, aproximadamente 108 kg.

Según el Artículo 29 del Reglamento, el coeficiente de seguridad mecánica no será inferior a TRES, aún cuando si la carga de rotura electromecánica garantizada se obtuviese mediante control estadístico en la recepción, dicho coeficiente podría

reducirse hasta 2,5.

En el caso que se estudia, teniendo en cuenta que la carga de rotura del aislador considerado es de 1640 kgf/daN, el coeficiente de seguridad mecánica obtenido será de:

carga de rotura/carga que soporta = 1640 / 108 = 15.185 > 3, valor superior al reglamentario.

Tal resultado podría haberse previsto fácilmente, pues en este tipo de líneas de corta longitud de vano, fases simples y sección de conductor reducida, es el cálculo eléctrico el que fija el número de aisladores de la cadena más que el cálculo mecánico.

b) Cargas anormales:

Según el Artículo 19.1 del Reglamento de España de Líneas Eléctricas Aéreas de Alta Tensión, en los apoyos de alineación (y en los de ángulo) se considerará, desde el punto de vista de esfuerzos longitudinales por rotura de conductores, el esfuerzo unilateral correspondiente a la rotura de un solo conductor o cable de tierra.

Previas las justificaciones pertinentes, indica el citado Artículo 19: "podrá tenerse en cuenta la reducción de este esfuerzo mediante dispositivos especiales adaptados para este fin, así como la que puede originar la desviación de la cadena de aisladores de suspensión".

Según este último concepto (y siempre a tenor de lo preceptuado en el mencionado Artículo 19.1), el valor mínimo admisible del esfuerzo de rotura que deberá considerarse será el 50% de la tensión del cable roto en líneas de uno o dos conductores por fase.

Según esto, para la línea estudiada:

0.5 . Tensión del cable en la hipótesis más desfavorable =

0.5 . 537.27 = 268.635 kg

Con lo que el coeficiente de seguridad mecánico será, en este supuesto, de carga de rotura/resultado anterior = 1640 / 268.635 = 6.10

Valor superior al de TRES que exige el Reglamento.

A3.1.2.-CADENA DE AMARRE:

  • Cálculo eléctrico.

No difiere en nada del realizado para el caso de cadenas de suspensión por lo que el número de elementos a instalar en las cadenas de amarre, para una tensión nominal de 20 kV y una "tensión más elevada" de 24 kV será asimismo de 3.

  • Cálculo mecánico.

Las cadenas de amarre, además de los 3 aisladores U 40 BS, constarán de los siguientes herrajes:

HERRAJES

LONGITUD (mm)

CARGA DE ROTURA (daN)

PESO (kg)

Horquilla bola en V

HB 11

60

4500

0.29

Rotula larga

R 11 P

115

4500

0.41

Grapa antideslizante GA 1

100

2500

0.55

El peso total de los herrajes es pues 1.25 kg y el de los aisladores de peso de 4.98 kg.

El peso de una fase simple de 129 m mayorada por la acción de la “Tensión de cada día" es de:

a) Cargas normales:

- Peso de una fase simple: 0.1891 kg/m . 129 m = 24.38 kg

- Sobrecarga de manguito de viento: [(0.59 . 10) / 9.81] . 129 = 77.66 kg

- Peso de 3 aisladores U 40 BS: 3 . 1.66 = 4.98 kg

- Peso estimado de herrajes y accesorios: 1.25 kg

PESO TOTAL = 108.27 KG

o sea, aproximadamente 108.3 kg con lo que el coeficiente de seguridad será:

Carga de rotura/carga soportada = 1640 / 108.3 = 15.15 > 3,

Valor superior al reglamentario.

b) Cargas anormales:

Para las cargas anormales, el Artículo 19.2 del vigente Reglamento establece que debe considerarse el esfuerzo correspondiente a la rotura de un cable de tierra o de un conductor en las líneas con un solo conductor por fase.

Según tal criterio, para la línea en estudio, el coeficiente de seguridad mecánica será:

Carga de rotura/máxima tensión en el conductor = 1640 / 537.27 = 3.052 > 3

Valor superior al de TRES que prescribe el Reglamento.

ANEJO 4: CÁLCULO DE DISTANCIAS DE SEGURIDAD

A4.1.- DISTANCIAS DE LOS CONDUCTORES AL TERRENO

Según el Artículo 25-1 del vigente Reglamento de 1968, la altura de los apoyos será la necesaria para que los conductores, con su máxima flecha vertical, queden situados por encima del terreno o superficies de agua no navegables a una altura mínima de metros, con un mínimo de 6 metros.

En lugares de difícil acceso a las anteriores distancias podrá ser reducida en un metro.

En el caso de la línea proyectada se tendrá:

A4.2.- DISTANCIAS DE LOS CONDUCTORES ENTRE SÍ

El reglamento indica en el Artículo 25-2 que “la distancia entre sí de los conductores sometidos a tensión mecánica así como la distancia entre los conductores y los apoyos debe ser tal que no haya riesgo alguno de cortocircuito, ni entre fases ni a tierra, teniendo presentes los efectos de las oscilaciones de los conductores debidos al viento y al desprendimiento de la nieve acumulada sobre ellos”.

Con este objeto, la separación mínima entre los conductores se determina por la fórmula de:

En la cual:

D = separación entre conductores en metros.

K = coeficiente que depende de la oscilación de los conductores con el viento, y que se tomará de la tabla que se cita en Artículo 25.

F = flecha máxima en metros, según el Artículo 27-3

L = longitud de la cadena de suspensión en metros (evidentemente en el caso de los fijados al apoyo por cadenas de amarre o por aisladores rígidos, L=0)

Determinación de k:

Peso conductor por metro lineal: P= 0,183 kg

Peso del viento: Pv=0,56

α = arc tg 3,06=71,69º

Para dicho ángulo, y por ser la línea proyectada de 3ª categoría k= 0,65 (ver tabla en Artículo 25-2)

Por lo tanto tenemos que:

La cruceta elegida, b1, cuya distancia entre conductores es de 1,644 m es compatible con la línea que tenemos.

A4.3.- DISTANCIAS DE SEGURIDAD ENTRE CONDUCTORES Y APOYOS

Según el Artículo 25-2, la separación mínima entre los conductores y sus accesorios en tensión al apoyo no será inferior am con un mínimo de 2 metros.

En el caso estudiado:

D==0,233m de distancia mínima entre conductores y apoyos.

tgα=α=56,5º < 65º Por lo que se cumple la condición.

ANEJO 5.-CÁLCULO MECÁNICO DE APOYOS

A5.1.- ALTURA MÍNIMA:

'Lnea elctrica de media tensin'

´ h`=

'Lnea elctrica de media tensin'

(m)

(m)

(m)

A5.2.-ESFUERZO VERTICAL DEL CONDUCTOR:

E. vertical = Pconductor ·a T·N

N=

Pconductor=0,1853 daN

a=105 m

T=537,27

N=

E.vertical=0,1853·105 +537,27·0,00261=20,86 daN

Esfuerzo límite de la cruceta tipo B1=211 daN

La cruceta soporta con facilidad el esfuerzo vertical.

A5.3.-ESFUERZO HORIZONTAL:

  • Apoyos de alineaciónhormigón

a) Hipótesis de viento:

H=9,4m

m

Fv = 0,56daN/m x 122,5=68,6 daN

b) Hipótesis de desequilibrio de tracciones:

T=537,27 daN la más limitante

  • Apoyos de ángulohierro

a) Hipótesis de viento:

a1=129m

a2=104m

α= 41º

T=537,27

h1=10,42

h2=10,8

=

b) hipótesis de hielo:

Se considera las mismas acciones que en el caso de los apoyos de alineación., añadiendo la resultante de ángulo, en sentido transversal a la línea.

daN

α/2 = 20,5º

h1= 10,42 (m)

h2= 10,8 (m)

H= 9,4 (m)

Th= 537,27 (daN)

c) hipótesis desequilibrio de tracciones:

Lo mismo que par a los apoyos de alineación: 148,63 daN

d) hipótesis de rotura de conductores:

Al igual que los de alineación prescindimos de ellos.

  • Apoyos de anclajehierro

a) hipótesis de viento:

Se calcula igual que los apoyos de alineación o, en su caso, de ángulo.

1.499,17 daN

b) hipótesis desequilibrio tracciones:

daN

c) hipótesis de rotura de conductores:

Se considera la rotura del conductor que produce la solicitación más desfavorable, considerando el 100% de la tensión del conductor roto.

El conductor mas alejado del punto de empotramiento (el más alto) producirá el máximo momento flector.

El conductor más alejado del eje del apoyo producirá el máximo momento torsor, y será el más desfavorable.

  • Apoyos de fin de líneahierro

a) hipótesis de viento:

El esfuerzo que deberá soportar el apoyo será el mismo que los apoyos de alineación, y además el esfuerzo longitudinal (desequilibrio) equivalente al 100% de las tracciones unilaterales de todos los conductores en condiciones de viento reglamentario.

daN

b) Hipótesis de hielo:

Igual que la hipótesis anterior salvo que las tracciones a considerar serán las correspondientes a la hipótesis de hielo según zona B o C.

c) Hipótesis de rotura de conductores:

Se considera la rotura del conductor que produce la solicitación más desfavorable, considerando el 100% de la tensión del conductor.

Para todos los apoyos metálicos, es decir, apoyos de ángulo, anclaje y fin de línea utilizaremos apoyos de 2100daN de esfuerzo nominal, es decir, el llamado C-2000, ya que, el valor de las fuerzas obtenidas requiere este apoyo

ANEJO 6: CIMENTACIONES

Las fuerzas sobre los apoyos se transmiten por este elemento de la linea al terreno. La cimentación debe asegurar la estabillidad frente al vuelco. En los apoyos de hormigón y metalicos se utilizan monobloques de hormigón como forma de cimetacion. La estabilidad frente al vuelco se asegura por la accion lateral horizontal del terreno y por la reaccion del fondo de la cimentación. El monobloque de hormigón se calcula para resistir el momento de vuelco ocasionado por el esfuerzo horizontal aplicado en la cogolla del apoyo.

El coeficiente de seguridad al vuelco ha de ser superior a 1,2(en hipótesis anormales) o 1,5 (en hipótesis normales).

  • Coeficiente de seguridad:

=

M. Vuelco = F (H + 2/3 h) F = esfuerzo útil del apoyo

M. Estabilizador terreno =

M. Cargas verticales =

  • Cimentaciones apoyos de hormigón

Terreno medio altura apoyos 11m

F = 250 daN

H = 9.4m

a = 0.5m

h =1.5m

tgα = 0.01

C = 12

C = (C/2)*10*h =(12/2) 101.5 = 9*10

Aplicando las formulas de los distintos momentos:

M. Vuelco = 2600 daN/m

M. Estabilizador terreno = 4218.75 daN/m

M. Cargas verticales = 160.646 daN/m

Coeficiente de seguridad = = 1.684

Cumple la condición arriba expuesta ya que 1.684>1.5

Como es mayor que 1.5 hipótesis normal.

  • Cimentaciones apoyos metálicos

F = 2000 daN

H = 9.4m

a = 1m

h = 2.20m

tgα = 0.01

C = 12

C = 9*10

Siendo los tres últimos valores iguales que en los apoyos de hormigón ya que estos corresponden al suelo.

Aplicando de nuevo las formulas obtenemos:

M. Vuelco = 21733.3 daN/m

M. Estabilizador terreno = 26620 daN/m

M. Cargas verticales = 1961.783 daN/m

Coeficiente de seguridad = = 1.315

En este caso el coeficiente de seguridad es mayor de 1,2 por lo que cumple la condición arriba expuesta.

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'Lnea elctrica de media tensin'