INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALMETODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE LA RED
DE TIERRAS DE
TORRES DE TRANSMISIÓN DE 400kV.
TESIS. QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIÉRO ELECTRICISTA
PRESENTAN.
C. JOSE FRANCISCO MARTINEZ FRIAS. C. MARIO ALBERTO SÁNCHEZ CHOREÑO.
C. NAHUM JUNIOR HERNÁNDEZ MONTALVO.
ASESORES:
UNIDAD PROFESIONAL " ADOLFO LOPEZ MA TEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE POR LA OPCION DE TITULACION DEBERA(N)
DESARROLLAR
INGENIERO ELECTRICIST A
TESIS COLECTIV A Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL
C. NAHUM JUNIOR HERNANDEZ MONTALVO. C. JOSE FRANCISCO MARTINEZ
FRIAS. C. MARIO ALBERTO SANCHEZ CHORENO
"METODOLOGIA PARA EL DISENO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISION DE 400 kV"
CONOCER Y APLICAR LOS CRITERIOS NECESARIOS PARA EL DISENO DE LA RED
DE TIERRAS PARA ESTRUCTURAS DE LINEAS DE TRANSMISION DE ACUERDO A
LA NORMATIVIDAD VIGENTE.
:Y GENERALIDADES.
? DISENO DE LA RED DE TIERRAS CONVENCIONAL.
MEXICO D. F., 27 DE SEPTIEMBRE 201 1.
ASESORES
lNG. EFREN VITELA ARTEAGA.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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Índice.
Página. Objetivo. 4. Justificación. 5. Introducción. 6.
Capitulo 1. Generalidades Sistema de Tierras. 7. Tipos de Suelo y
su Resistividad. 8. Resistividad del Suelo. 8. Sales Solubles y su
Concentración. 9. Estado Higrométrico del Terreno. 9. Temperatura.
9. Granulometría. 9. Compacidad. 10. Estratigrafía. 10. Tipos de
Suelo y Rocas. 11. Contenido de Humedad y Sales. 12. El Tamaño del
Grano y su Distribución. 12. Cimentaciones. 12. Aisladores. 13.
Herrajes. 19. Descargas Atmosféricas. 22. La Influencia del Impacto
del Rayo en el Hilo de Guarda. 23. Conductores. 23. Cable de
Guarda. 24. Pararrayos. 25. Arreglo de Mallas de la Red de Tierras.
26. Protección contra la Corrosión por Efecto Galvánico. 27. Ánodos
Galvánicos (Sacrificio). 27. Protección Catódica. 28. Principales
Elementos Constitutivos de una Línea de Transmisión. 28. Diseño
Preliminar del Sistema de Puesta a Tierra. 28. Electrodos de Puesta
a Tierra; Dimensiones. 28. Tensiones. 29. Derecho de Vía. 30. Eje
del Trazo Topográfico. 30. Claro. 30. Claro Medio Horizontal o
Claro de Viento de una Estructura. 30. Línea Aérea. 30. Zona
Urbana. 31. Zona Rural. 31. Tipos de Derecho de Vía. 31. Derecho de
Vía en Terrenos: Plano y Montañoso. 32. Señalización de las Líneas
de Transmisión Aéreas, Tráfico Aéreo y Navegación. 33. Señalización
de Estructuras y Cables de Líneas de Transmisión en las
proximidades de aeropuertos, ríos lagos y mares. 34. Cables.
35.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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CAPITULO II. TIPOS DE ESTRUCTURAS. Transporte de la Energía
Eléctrica por Medio de Corriente Alterna. 36. Torres para líneas de
transporte. 37. Tipos de estructuras. (Torres), utilizadas en
México. 38. Torres Autosoportadas de celosía. 38. Torres de Remate.
39. Torres de Transposición. 39. Torres Autosoportadas del tipo
tubular. 39. Torres con accesorios de retenidas. 39.
CAPÍTULO III. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO. Medición de la
resistividad del suelo y resistencia eléctrica en líneas aéreas en
construcción. 40. Medición de la resistividad del suelo en líneas
aéreas para el diseño de la red de tierras. 40. Medición de la
resistividad del suelo y resistencia eléctrica en líneas aéreas en
operación. 41. Método de Schlumberger. 42. Medición de la
resistencia eléctrica de la red de tierras. 43. Medición de la
resistencia con resistividad del suelo de 100 -m. 44. Medición de
la resistencia con resistividad del suelo mayor a 100 -m. 44.
Apéndice A. 44. Apéndice B. 48. Apéndice C. 50. Apéndice D. 51.
Apéndice E. 52.
CAPITULO IV. Procedimiento para el diseño de la red de tierras
convencional. Diseño de redes de tierra convencional. 54.
Resistencia de los elementos básicos. Electrodo vertical. 54.
Contra-Antena (Electrodo Horizontal). 55. Patas de la torre o
estructuras. 55. Cimentación de acero. 55. Cimentación en concreto.
56. Cálculo de los electrodos adicionales a las patas de las
torres. 57. Longitud efectiva de contra-antena ante descargas
atmosféricas. 62. Mantenimiento de las redes de tierra
convencionales; actividades. 63. Método de corrección. 63. Material
a utilizar. 64. Glosario. 93. Conclusión. 97. Bibliografía.
98.
Anexos. Anexo 1 Torres y sus Características. (Continuación del
Capítulo II). 65. Anexo 2 Formatos para Medición. 88. Anexo 3
Figuras y Tablas. 91.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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OBJETIVO.
Aplicar un procedimiento para el diseño de la red de tierras,
conocer los criterios necesarios para implementarlo en estructuras
de torres de transmisión de 400 kV, todo dentro de los márgenes de
la normatividad vigente, a fin de cumplir un fin principal, el de
proteger, salvaguardar la integridad física de las personas además
de no interrumpir la calidad y servicio del Sistema Eléctrico
Nacional.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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JUSTIFICACIÓN. El mantener y proteger las estructuras de líneas de
Transmisión, en óptimas condiciones de operación son la
justificación de la presente tesis así como proponer un cálculo de
la red de tierra basado en la normatividad vigente ya que no hay
uno sólido, solo práctico y en base a subestaciones. Basándonos en
cálculos ya hechos, proponemos el procedimiento de una red de
tierras para estructuras de líneas de transmisión de 400 kV. Todos
los equipos que conforman el Sistema Eléctrico Nacional (SEN),
están sujetas a una serie de perturbaciones naturales o
extraordinarias, que ponen en riesgo su operación y por ende la
continuidad del suministro eléctrico.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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INTRODUCCIÓN.
En esta tesis hablaremos del diseño y proyecto de las instalaciones
eléctricas
destinadas a las torres de transmisión, una de las mayores
preocupaciones de los
ingenieros de diseño ha sido cómo conectar a tierra los equipos
eléctricos de una
manera segura, eficiente y apropiada.
Este problema existe en todos los campos de la Ingeniería
Eléctrica, desde las
bajas corrientes a tierra de los equipos electrónicos de estado
sólido, hasta las
altas corrientes a tierra de las grandes subestaciones en alta
tensión.
A causa de las altas corrientes de falla disponibles hoy en día, es
esencial un buen
sistema de tierras en todas las partes del sistema eléctrico, ya
sea en
subestaciones, líneas de transmisión o distribución o en equipos de
baja tensión.
En las torres de transmisión, uno de los aspectos principales para
la protección
contra las sobretensiones, ya sean de origen interno o externo, es
el de disponer
de un adecuado sistema de tierras al cual se conecten los neutros
de los equipos
eléctricos y todas aquellas partes metálicas que deben estar a
potencial de tierra.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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CAPITULO 1 Generalidades.
A continuación se detallan los principales aspectos a considerar,
los cuales se deben tomar en cuenta cuando se diseña un sistema de
tierras.
Sistema de tierras. Un sistema de tierras es un conjunto de
conductores, electrodos, accesorios, etc. Que interconectados
eficazmente entre sí tienen por objeto conectar a tierra las
cubiertas y otras partes metálicas de los equipos, así como
aquellos elementos de los circuitos que lo requieran.
La unión eléctrica con la tierra de una parte de un circuito
eléctrico o de una parte conductora no perteneciente al mismo, se
efectúa mediante la instalación de una puesta a tierra, es decir
“es el conjunto formado por electrodos y líneas de tierra de una
instalación eléctrica.
La red de puesta a tierra estará constituida por uno o varios
electrodos enterrados, por las líneas de tierra que conectan dichos
electrodos a los electrodos del circuito intencionalmente puesto a
tierra.
Para cumplir con las especificaciones mínimas para un sistema de
tierra, se deben tomar en cuenta las siguientes
características.
La malla debe estar constituida por cables de forma paralela y
perpendicularmente, con un espaciamiento adecuado a la resistividad
del terreno y preferentemente formando retículas cuadradas.
Los cables que forman la malla deben colocarse preferentemente a lo
largo de las hileras de estructuras y equipos.
En cada cruce de conductores de la malla estos deben conectarse
rígidamente entre si y en los puntos adecuados conectarse a
electrodos de tierra clavados verticalmente. Donde sea posible,
construir registros en los mismos puntos y como mínimos en los
vértices de la malla. La función principal del sistema de tierras.
La importancia principal radica en proteger la vida humana contra
los riesgos naturales que representa el uso y suministro de energía
eléctrica.
En forma simplificada se pueden mencionar como problemas comunes en
los sistemas de tierras los siguientes.
Altas tensiones transitorias. Descargas electrostáticas. Ruido en
los sistemas electrónicos.
Sin embargo existen otras funciones también importantes a
considerar:
1. Reducir al mínimo los daños al equipo y por consiguiente
aumentar la confiabilidad, disponibilidad del servicio.
2. Minimizar las inducciones electromagnéticas radiadas e
inducidas.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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3. Aumentar la tolerancia a las descargas electrostáticas causadas
por descargas atmosféricas.
Los sistemas de tierras se componen de los elementos que van
enterrados directamente, en contacto directo con el suelo, el cual
por lo general esta húmedo, estos elementos se ven atacados por la
corrosión.
Así es común encontrar redes de tierras que no funcionen en forma
adecuada porque algunos de sus elementos se han corroído. Entre los
casos más comunes donde se presenta la corrosión están, lugares
donde se rectifica la corriente, como centros de cómputo,
trolebuses, etc. lugares cercanos a aguas residuales, ya que a esta
agua se le agregan substancias químicas que atacan a los metales y
al cobre, sin embargo, un metal enterrado tiende a corroerse con el
transcurso del tiempo.
Tipos de suelo y su resistividad. En los sistemas de tierra con
neutro a tierra el suelo se comporta como un conductor, más aun, en
los sistemas denominados SWER (sistema de hilo retorno por tierra),
el suelo es “n” conductor, las características del suelo son tan
diferentes en este aspecto, que hay suelos que no conducen la
electricidad, es decir, son aislante, por otro lado hay suelos que
son buenos conductores de la electricidad como suelos húmedos. Para
conocer que tan buen conductor de la electricidad es el suelo, es
necesario conocer su resistividad o resistencia especifica, las
rocas, la arena y suelos secos tienen una alta resistividad es
decir, no conduce la electricidad, los suelos con alto contenido de
humedad tienen baja resistividad.
Resistividad del suelo. La resistividad también conocida como
resistencia especifica, es la propiedad que tiene el suelo para
conducir electricidad, la cual está determinada por el tipo de
suelo, el contenido de humedad del mismo, su composición química y
la temperatura entre otros factores.
La resistividad se mide en ohm-metro, ohm-centímetro, etc. Existen
dos formas para determinarla, una es empírica mediante tabulación y
conocimiento del terreno y otra efectuando la medición directamente
en el terreno.
La resistividad del suelo se puede clasificar de la manera
siguiente.
Tipo de Suelo Resistividad [-m]
Tierra orgánica húmeda 10
Roca 5700
Tabla 1.1 Resistividad del suelo. Las zonas superficiales en las
que se instalan las redes de tierra tampoco son uniformes y,
además, están afectadas fuertemente por los cambios climatológicos,
lluvias y heladas. Todo ello hace que la resistividad sea muy
variable de un lugar a otro y pueda resumirse en que la modifican,
de manera muy notable, los siguientes factores del terreno:
La composición. Las sales solubles y las concentraciones. El estado
higrométrico.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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La temperatura. La granulometría. La compacidad. La
estratigrafía.
Si bien los componentes más importantes del terreno son, en estado
seco, aislante (la sílice, el oxido de aluminio, etc.), su
resistividad disminuye rápidamente en presencia de sales solubles y
de la humedad.
NOTA. El óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) es un
compuesto de silicio y oxígeno, llamado comúnmente sílice. Es uno
de los componentes de la arena. Una de las formas en que aparece
naturalmente es el cuarzo.
Por otro lado, la composición de la tierra, incluso en un lugar
determinado, es muy heterogénea, presentándose capas, bolas,
depósitos, etc.
Sales solubles y su concentración. Al ser aislantes los principales
componentes del terreno, la conductividad del suelo es
esencialmente de naturaleza electrolítica, esto es, la conducción
de corriente tiene lugar, principalmente a través de electrolito
formado por sales y el agua habitualmente contenida en el
terreno.
Estado higrométrico del terreno. El contenido de agua y grado de
humedad del terreno influye, de forma apreciable sobre su
resistividad. Su valor no es constante, ya que varia con el clima,
época del año, naturaleza del subsuelo, la profundidad considerada
y la situación del nivel freático pero rara vez es nulo, incluso al
referirse a zonas desérticas, es decir cuando la humedad del
terreno varié considerablemente de unas épocas del año a otras, se
tendrá en cuenta esta circunstancia al dimensionar y establecer el
sistema de tierra. Se puede usar recubrimientos de gravas para
conservar la humedad del suelo.
Temperatura. La resistividad del terreno aumenta a medida que
desciende la temperatura y al alcanzarse los cero grados
centígrados, hasta el punto que a medida que es mayor la cantidad
de agua en estado de congelación se va reduciendo el movimiento de
los electrolitos, es decir: “al alcanzar el suelo temperaturas
inferiores a los cero grados centígrados aumenta mucho su
resistividad. Por ello en zonas con peligro de heladas los
electrodos se entierran a una profundidad que no alcance esa
temperatura o se tendrá en cuenta esta circunstancia en el
cálculo.” Se deberá tener presente la influencia de las heladas
para determinar la profundidad de la instalación de los
electrodos.
Granulometría. Es un elemento importante que influye a la vez sobre
la porosidad y el poder retenedor de humedad y también sobre la
calidad de contacto con los electrodos, esta es la razón de que el
valor de la resistividad de la grava sea superior al
correspondiente a la arena y que el de esta supere al de la
arcilla.
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Los suelos de grano grueso (grava, guijarros, etc.) se prestan mal
al establecimiento de buenas redes de tierra, circunstancia que se
puede paliar rodeando la superficie de los electrodos de un cierto
espesor de tierra fina o de otro material relativamente
conductor.
Compacidad. La resistividad se ve también afectada por el grano
(grava) de compactación del terreno, disminuyendo al aumenta este,
es decir.
“se procura utilizar las capas de tierra mas conductoras,
haciéndose la colocación de electrodos con el mayor cuidado posible
en cuanto a la compactación del terreno.
Estratigrafía. La resistividad total de un terreno es la resultante
de las correspondientes a las diversas capas que lo constituyen,
que la resistividad de las capas superficiales de un terreno
presente variaciones estacionales bajo el efecto del hielo y la
resequedad (que la aumentan) o de la humedad (que la disminuye),
esta acción puede hacerse notar hasta una profundidad de varios
metros en condiciones climáticas extremas y prolongadas.
Por lo tanto se debe tener en cuenta variaciones de resistividad
del terreno en el establecimiento de una red de tierras enterradas
a una profundidad del orden de un metro.
A continuación se muestran tablas (1.1 y 1.2) en donde se
especifica el valor medio de la resistividad en -m para diferentes
tipos de terrenos.
Naturaleza del terreno Valor de la resistividad [-m].
Terrenos cultivables y fértiles, terraplenes compactos y
húmedos.
50
Suelo pedregosos desnudos, arenas secas permeables.
3000
Tabla 1.2 Valor medio de la resistividad -m.
Naturaleza del terreno Resistividad en [-m]. [*valor inicial de
algunas unidades]
Terrenos pantanosos * a 30
Limo 20 a 100
Humus 10 a 150
Arcilla plástica * a 50
Margas del jurasico 30 a 200
Arena arcillosa 50 a 500
Arena silícea 200 a 3000
Suelo pedregoso cubierto de césped 300 a 500
Suelo pedregoso desnudo 1500 a 3000
Calizas blandas 100 a 300
Calizas compactadas 1000 a 5000
Calizas agrietadas 500 a 1000
Pizarras 50 a 300
Granitos y gres procedentes de alteración 1500 a 10000
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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Hormigón 2000 a 3000
Balasto o grava 3000 a 5000
Tabla 1.3 características de terrenos y valores resistivos -m. La
variación de la resistividad según la composición del terreno es
causa de la dificultad de que las diferentes clases de terreno no
están delimitadas como para saber, de antemano, el valor de la
resistividad en el punto elegido para efectuar la toma de
tierra.
Los valores extremos que se encuentran en la práctica pueden variar
en algunas decenas de -m, para terrenos orgánicos y húmedos a una
decena de miles de -m para granitos secos.
Tipo de suelo y rocas. En la Ciudad de México en general el suelo
es muy heterogéneo, teniendo zonas localizadas como: roca en el
sur, tepetate y arena en el poniente, tierra húmeda en el oriente,
roca o tepetate en el norte, etc.
Sin embargo no tenemos un mapa con el tipo de terreno bien definido
y el tipo de suelo puede cambiar de características en unos cuantos
metros de separación.
a) Roca volcánica.
Este tipo de roca es el resultado del producto de erupciones y se
encuentra sobre todo en formaciones montañosas, la Ciudad de México
se encuentra dentro del cinturón volcánico mexicano, por lo cual
existen zonas este tipo de rocas.
b) Roca sedimentada.
Este tipo de roca se formo con la sedimentación de sales y no
necesariamente se encuentra en el fondo de los mares, ya que
algunas montañas han emergido y este tipo de rocas se pueden
encontrar en el Estado de México, por ejemplo el cerro del Tenayo
que está compuesto por roca roja.
c) Roca metamórfica.
Está formada por la composición de roca volcánica y roca
sedimentaria que se fue mezclando a través de lluvias y el tiempo
climatológico de la zona.
d) Tepetate.
El tepetate (que en náhuatl significa “cama de piedra”) está
considerado como una roca, aunque no entra en la clasificación
anterior, se formo de la sedimentación de las cenizas volcánicas, y
en realidad es una arcilla pero que con el calor excesivo de las
erupciones se convirtió en piedra. El tepetate se encuentra en la
zona denominada el cinturón de México. Su principal característica
es su dureza al impacto o a la perforación, verificando un trabajo
consistente de colocar 12 varillas a tierra igual número de 3 tres
juegos de Apartarrayos, en un alimentador de 23 kV que va por zona
compuesta de tepetate.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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Cabe mencionar que el tepetate al estar formado de arcilla, es un
buen conductor de electricidad, sin embargo dado que su dureza al
enterrar la varilla se puede decir que es casi imposible por las
propiedades del tepetate, pero se puede cortar la varilla y
efectuar una perforación previa para después introducir la varilla
a tierra.
e) Arena.
La arena es muy mala conductora de la electricidad por dos razones,
la primera que no retiene humedad y por regla general está muy
seca, la segunda tiene muchos huecos que ocupan el aire.
f) Relleno sanitario.
El material de relleno sanitario por regla general lleva material
orgánico, el cual desaparece con el tiempo, dejando grandes huecos,
también lleva pedazos de tabique y piedras, por lo que su
resistividad no es confiable, característica que se debe tener en
cuenta para el diseño de la red de tierras
Contenido de humedad y sales. Estos aspectos son el más importante
para que un suelo sea conductor de la electricidad y el por ciento
de agua del suelo depende del contenido de arcilla, material
orgánico, clima, lugar, época del año, etc.
La arena no retiene la humedad y como resultado tiene una
resistividad muy alta, las arcillas retienen la humedad y son
conductores de la electricidad, por ejemplo el caso de la
bentonita, que es una arcilla que retiene agua y varía su
volumen.
El agua con alto contenido de sales es buena conductora de la
electricidad, por el contrario el agua sin sales (agua destilada)
es poco conductora por lo que se puede decir que entre mayor
contenido de sales tenga el suelo húmedo mayor conducción de
electricidad tendrá.
El tamaño del grano y su distribución. El tamaño del grano y su
distribución es importante en la conducción eléctrica ya que si se
tienen granos con grandes espacios se reduce el área de contacto
mientras que si se tienen granos con diferentes tamaños los
espacios son pequeños y aumenta el área de contacto. Por ejemplo
las rocas no tienen espacios y el agua no penetra lo que le da una
alta resistividad, siempre que no tenga alto contenido partículas
metálicas.
Cimentaciones. Para que cualquier estructura sea segura y trabaje
correctamente debe contar con una cimentación adecuada.
La construcción de una cimentación es muchas veces el trabajo más
difícil de todo los que se realizan en la obra.
Debe de resistir el propio peso de la estructura, la acción del
viento sobre los cables y la estructura así como algunas otras
acciones posibles como ruptura de cables o hielo. Se debe de
identificar la magnitud y la forma en que los elementos mecánicos
son transmitidos por la estructura al suelo de la
cimentación.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
13
Las torres transmiten las cargas a la cimentación mediante cuatro
patas, dos de ellas trabajan a compresión y las otras dos a
tensión, existen también fuerzas horizontales, transversales y/o
longitudinales.
Para las cimentaciones que trabajan a compresión se requiere el
conocimiento de la capacidad de carga del terreno donde se apoyan,
en las cimentaciones que trabajan se requiere conocer la
resistencia al arrancamiento de los rellenos.
Las cimentaciones para torres de transmisión, dependiendo de la
capacidad de carga del terreno, pueden ser superficiales o
profundas y deben quedar definidas en el estudio geotécnico.
Existen diferentes tipos de cimentaciones como se acaba de
mencionar anteriormente los cuales son:
a) Cimentaciones superficiales. Este tipo de cimentaciones se debe
emplear, zapatas aisladas o corridas, zapatas aisladas ligadas con
contra trabes, losas de cimentación o pilotes anclados en rocas,
todas deben ser de concreto reforzado; también se incluyen en este
peso muerto de anclaje para retenidas, en ningún caso estas
estructuras se deben desplantar sobre tierra vegetal, suelos o
rellenos sueltos o desechos.
b) Pilotes apoyados en roca. Este tipo de cimentación consiste en
una estructura en forma de pirámide truncada, cuyas dimensiones de
su base resultan ser reducidas en comparación de las zapatas. Se
emplean en terrenos rocosos donde la capacidad de carga admisible
es mayor a 294.3 kPa.
Es decir, tanto el efecto de arrancamiento como el de volteo en las
patas trabajando a tensión, deben tomarse mediante anclas colocadas
en la roca.
La altura mínima del pilote debe ser de 10 m y dependiendo de la
longitud del dado (stub) o de las anclas si la torre se conecta con
placas de base, las anclas colocadas en la roca deben ser de
varilla corrugada con diámetro mínimo de 25.4 milímetros y se debe
colocar en barrenos no menores de 50.8 milímetros de diámetro. El
espacio entre el ancla y la pared del barreno se debe de rellenar
con mortero de cemento, agregando un aditivo expansor para
garantizar la adherencia. En todo caso se deben seguir las
especificaciones del estudio geotécnico.
Aisladores. Los aisladores para líneas de transmisión, son
elementos esenciales en todo el sistema eléctrico, los aisladores
constituyen el punto mecánico de soporte de los conductores en las
torres, cumpliendo con la función de proporcionar el aislamiento
requerido, entre conductores y estructura esto es de acuerdo con la
distancia dieléctrica en el aire, normalmente los aisladores para
líneas de transmisión son de vidrio templado o de porcelana.
La función de los aisladores es de sujetar de la torre por medio de
herrajes convenientes, a los conductores de fase, asegurando de
esta manera el aislamiento eléctrico entre las partes energizadas y
las no energizadas.
La característica de funcionamiento de una línea de transmisión
depende de gran parte de sus aisladores.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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Figura 1.1 Vista de un aislador.
Si se consideraba antes que los aisladores limitarían las tensiones
de transporte era porque el aislador de espiga había llegado
prácticamente al límite de tamaño, de peso y de costo. Mediante los
aisladores suspendidos se a cuadriplicado este límite de la tensión
de transporte con respecto a la que permitirán los aisladores de
espiga.
El aislador debe de tener no solamente la suficiente resistencia
mecánica para soportar las cargas máximas debidas al hielo y al
viento que pueden esperarse racionalmente, sino que también deben
resistir esfuerzos mecánicos anormales, descargas atmosféricas y
sobre tensiones internas, sin que se desprenda el conductor que
sostiene, están hechos de manera que la lluvia elimine el polvo y
la suciedad.
Los aisladores además de cumplir con las condiciones
electromecánicas, deben cumplir aspectos tales como: facilidades de
mantenimiento, características estáticas, etc. Los aisladores están
constituidos principalmente de dos piezas, una parte aislante
(vidrio o porcelana según sea el caso) y dos piezas acopladas a las
partes del aislante.
El vidrio es conveniente para líneas de transmisión construcción
ligera, tales como las telefónicas o las de transporte a tensión
media; cuando las tensiones llegan hasta 10 kV ó 15 kV ofrecen la
ventaja de su precio reducido y de que se descubren fácilmente sus
defectos y rotulas. Por el contrario son higroscópicos (medición de
la humedad en el aire) y se rompen con facilidad, en este caso
solamente se pueden emplear los aisladores de vidrio de alta
calidad, resistentes al calor, como el pirex para las líneas de
alta tensión. La porcelana tiene excelentes características
mecánicas y eléctricas, pero es más cara que el vidrio, los
defectos internos son invisibles y las grietas producen la rápida
destrucción del aislador, la porcelana es el principal material
empleado para aisladores de líneas de alta tensión.
Los aisladores como se hizo mención son de vidrio templado y
porcelana, pero también se pueden clasificar por su tipo de
acoplamiento y por su tipo de aplicación. Por su tipo de
acoplamiento:
Horquilla y ojo anular. Clavera y bola.
Por su aplicación
Normal. Corrosión. Contaminación.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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Ejemplos de los diferentes tipos de accesorio para las líneas de
transmisión:
Figura 1.2 Perno de ojo.
CARACTERÍSTICAS DEL PERNO DE OJO
Material, forma y acabado. Acero alta resistencia forjado de 15,9
mm de diámetro.
Especificación general a cumplir. CFE 20000-01 Herrajes y
Accesorios.
Uso. Sujetar aislamiento a la estructura en redes eléctricas.
Masa aproximada. 0,680 Kg.
Accesorios. 2 tuercas hexagonales, chaveta de 4,7 X 31,7 mm. 2
rondanas de presión de acero galvanizado.
Abreviaturas en la descripción corta 1 = Numero de identificación.
P = Perno. O = Ojo.
Unidad. Pieza.
Empaque Tipo. Atado (fleje de acero galvanizado inoxidable o
plastificado).
Cantidad 10 piezas.
Numero de lote y año de fabricación.
Tabla 1.4 Características del perno de ojo.
Figura 1.3 Horquilla y bola larga.
CARACTERÍSTICAS DE LA HORQUILLA Y BOLA LARGA
Material, forma y acabado. Acero forjado y galvanizado Holgura
entre tuerca y horquilla de 2 mm
Especificación general. CFE-20000-01 2 Herrajes para líneas y
tensión de transmisión.
Uso. En todos los conjuntos de suspensión de 1 y 2 conductores por
fase.
Accesorios. Chaveta tipo R de acero inoxidable o bronce.
Tabla 1.5 Características de la Horquilla y Bola Larga.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
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Distancia mínima de flameo en seco. (mm)
140 x 222 356 165
Eléctricas.
(kV)
Tensión critica de flameo al
impulso positivo (kV)
impulso negativo (kV)
Tabla 1.6 Características del Aislador 13PD. MECÁNICAS Resistencia
al cantiléver = 12,5 kN.
De radio interferencia. Tensión de prueba a baja frecuencia (RMS a
tierra) KV
Tensión máxima de radio interferencia 1000 kHz mV
15 100
Material y acabado. Cuerpo de porcelana, base metálica con
galvanizado especial.
Accesorios. Perno de acero de alta resistencia, tuerca, arandela
plana y de presión, galvanizado especial.
Uso. Soporta y aísla conductores aéreos en zonas de alta densidad
de descargas atmosféricas.
Descripción corta. Aislador 13PD
13 = tensión nominal. D = descargas atmosféricas., P = Poste
Tabla 1.7 Características Mecánicas del Aislador 13PD.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
17
Figura 1.5 Aislador de suspensión de porcelana o de vidrio
templado.
Características.
Dimensiones.
152 X 140 178
(kV)
Tensión critica de flameo al
impulso positivo (kV)
impulso negativo (kV)
60 30 100 100 80
Tabla 1.8 Características de Aislador de suspensión de porcelana o
de vidrio templado.
Mecánicas.
Resistencia al impacto. N-cm. (kgf-cm.)
Resistencia a la tensión durante 3 s en N (kgf) 1
Resistencia de carga sostenida tiempo N (kgf)
44500(4536) 500(52) 22200(2268) 26700(2722)
Tensión de prueba a baja frecuencia (RMS a tierra) kV
Tensión máxima 1000 kHz uV
7.58 50
Material y acabado. 6SPH 10 porcelana vidriada. 6SVH 10 vidrio
templado Partes metálicas de hierro maleable galvanizado.
Accesorios. Perno de acero de alta resistencia, tuerca, arandela
plana y de presión, galvanizado especial.
Uso. Acoplado a la estructura aísla conductores aéreos en zonas
normales.
Descripción corta. Aislador 6SPH10, Aislador 6SVH10
Abreviaturas en la descripción corta.
6-Diámetro de aislador en PG, 6- tipo suspensión; P-porcelana,
V-Vidrio, H-Horquilla y ojo anular; 10-Resistencia
Tabla 1.9 Características mecánicas del Aislador de suspensión de
porcelana o de vidrio templado.
Aisladores soporte tipo columna. Unidad aislante que tiene los
medios o herrajes adecuados para su instalación, sujeción rígida
por ambos extremos y que por su forma debe ser cilíndrica y con
faldones.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
18
Cuando el aislador por su construcción tiene forma de cono
truncado, también se considera cilíndrico.
Aislador de núcleo sólido. Es aquel cuya parte aislante está
constituida por material uniforme y homogéneo sin cavidades de aire
u otro gas y sin otro tipo de elemento, es decir, solamente del
material de aislamiento (véase figura 1.6).
Figura 1.6 aislador de núcleo sólido.
Figura 1.7 Aislador de porcelana tipo poste.
Características Aislador de porcelana tipo poste.
Dimensiones.
Distancia mínima de flameo en seco. (mm)
130 x 280 483 267
Eléctricas.
(kV)
Tensión critica de flameo al
impulso positivo (kV)
impulso negativo (kV)
Tabla 1.10 Características del Aislador de porcelana tipo
poste.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
19
De radio interferencia.
Tensión de prueba a baja frecuencia (RMS a tierra) kV
Tensión máxima 1000 kHz uV
15 100
Material y acabado. Cuerpo de porcelana, base metálica con
galvanizado especial.
Accesorios. Perno de acero de alta resistencia, tuerca, arandela
plana y de presión, galvanizado especial.
Uso. Soporta y aísla conductores aéreos en zonas de alta densidad
de descargas atmosféricas.
Descripción corta. Aislador 13PC
13 = Tensión nominal. C = Contaminación. P = Poste.
Tabla 1.11 Características Mecánicas del Aislador de porcelana tipo
poste.
Figura 1.8 Aislador de porcelana tipo poste.
Herrajes. Los aisladores usualmente se acoplan entres si para
formar cadenas, de número suficiente de piezas para resistir las
oscilaciones eléctricas, estas cadenas se conectan a la torre por
un extremo y por el otro extremo al conductor por medio de los
herrajes, formando de esta forma lo que se conoce como conjunto de
herrajes. Existen otros tipos de conjuntos de herrajes los cuales
son:
Conjuntos de tensión. Conjuntos de transposición de fases.
Conjuntos de suspensión de guarda. Conjuntos para guarda con fibra
óptica.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
20
Dimensiones y características
CLAVE A B C D Y Resistencia a la ruptura en
kN (kg.)
Masa kg.
0 111.2 (11350)
Especificación general.
CFE.-CFE.20000-01 Herrajes y -2H1LT-01 Herrajes y accesorios para
líneas de transmisión.
Uso. En conjuntos de suspensión vertical y de suspensión en V, dos
conductores por fase.
Pruebas. Debe pasar pruebas mecánicas.
Tabla 1.12 Características de la Grapa de Suspensión.
Figura 1.10 Suspensión en “V” para dos conductores por fase.
Descripción. Cant. Material. Especificación.
Horquilla “Y” bola larga 2 Acero forjado galvanizado 2H1LT
2H1LT-15
Aisladores Se adquiere por separado.
Calavera horquilla en “Y” largo.
2 Acero forjado o hierro maleable
galvanizado. 2H1LT-17
galvanizado. 2H1LT-07
Grapa de suspensión. 1 Aleación aluminio-silicio 2C500-69
Cable conductor ASCR Se adquiere por separado.
Grillete. 2 Acero forjado galvanizado. 2G300-84
Horquilla “Y” bola corta 2 Acero forjado galvanizado.
2H1LT-06
Calavera horquilla en “Y” corta.
2 Acero forjado o hierro maleable
galvanizado. 2H1LT-02
Tabla 1.13 Características de Suspensión en “V” para dos
conductores por fase.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
21
Figura 1.11 Suspensión en “V” para un conductor por fase.
Descripción. Cant. Material. Especificación.
Horquilla “Y” bola larga 2 Acero forjado galvanizado 2H1LT
2H1LT-15
Aisladores Se adquiere por separado.
Calavera horquilla en “Y” largo.
2 Acero forjado o hierro maleable
galvanizado. 2H1LT-17
galvanizado. 2H1LT-07
Grapa de suspensión. 1 Aleación aluminio-silicio 2C500-69
Cable conductor ASCR Se adquiere por separado.
Grillete. 2 Acero forjado galvanizado. 2G300-84
Horquilla “Y” bola corta 2 Acero forjado galvanizado.
2H1LT-06
Calavera horquilla en “Y” corta.
2 Acero forjado o hierro maleable
galvanizado. 2H1LT-02
Tabla 1.14 Características de Suspensión en “V” para un conductor
por fase.
Figura 1.12 Suspensión vertical para dos conductores por
fase.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
22
Aisladores Se adquiere por separado.
Calavera horquilla en “Y” largo.
1 Acero forjado o hierro maleable
galvanizado. 2H1LT-17
galvanizado. 2H1LT-08
Varilla protectora. 2 Aluminio. 2H1LT-30
Cable conductor ASCR Se adquiere por separado.
Grillete. 1 Acero forjado galvanizado. 2G300-84
Horquilla “Y” bola corta 2 Acero forjado galvanizado.
2H1LT-06
Calavera horquilla en “Y” corta.
2 Acero forjado o hierro maleable
galvanizado. 2H1LT-02
Tabla 1.15 Características de Suspensión vertical para dos
conductores por fase.
Descargas Atmosféricas. El diseño de protección contra descargas
eléctricas atmosféricas para sistemas de transmisión y
distribución, ha experimentado pocos cambios, y consecuentemente,
ha tenido muy poco desarrollo en los últimos 50 años. Las
herramientas y dispositivos usados para la protección contra
descargas atmosféricas, están limitadas a productos y técnicas
tales como:
Arrestadores. Espaciamiento. Hilos de guarda (líneas estáticas o
hilos de tierra). Relevadores para operar interruptores de
circuitos. Componentes de sistemas de tierra convencionales.
Incremento en los nivele básicos de aislamiento.
El relámpago se define como el resultado de un canal ionizado de
una descarga eléctrica atmosférica; un rayo es una sobre corriente
en ese canal.
Una gran tormenta eléctrica, puede producir hasta 100 descargas por
minuto y lo mismo, una pequeña nube de tormenta puede generar la
energía de una pequeña planta de fuerza nuclear (unos pocos cientos
de Megawatts).
No todos los rayos son a tierra, pero cuando esto ocurre, esa
energía puede ser devastadora. Una empresa de telecomunicaciones,
puede salir de operación por varias horas o por días debido a los
daños en el equipo, o una planta petroquímica puede tener incendios
originados por rayos, con peligrosos riesgos y altos costos.
La influencia del impacto del rayo en los hilos de guarda. Para
determinar la efectividad de los hilos de guarda, es necesario
solamente analizar el impacto de una descarga, a una línea que se
considera típica con parámetros convencionales. Para este fin, fue
hecho un análisis, asumiendo dos impactos directos de
consideración, al hilo de guarda, a media distancia y al poste. Dos
longitudes de espaciamiento típicas y dos valores de resistencia de
tierra, se usaron para los puntos de aterrizaje de cada poste. Se
uso un conductor de bajada de cobre sólido calibre no. 6
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
23
AWG, por cada poste. El voltaje inducido en el conductor de fase
con espaciamientos de unos y dos metros, fue calculado usando un
50% del impacto y un 75% del impacto, con un aumento del tiempo a
la corriente pico de ambos de 1 micro segundo y 8
microsegundos.
Figura 1.13 Impacto de un rayo en los hilos de guarda.
Conductores. Los cables conductores constituyen los elementos que
transportan la energía eléctrica. En México los conductores que se
utilizan en alta tensión, son los denominados cables tipo ACSR
(aluminium conductor steel reinforced), que están constituidos por
un núcleo central de alambres de acero galvanizado o con
recubrimiento de aluminio dispuestos helicoidalmente.
El núcleo de acero en este caso tiene como función resistir los
esfuerzos mecánicos. Los conductores para una línea de transmisión
se seleccionan de acuerdo con la corriente, la tensión, la longitud
de la línea y las normas correspondientes.
Para tensiones de transmisión del sistema eléctrico nacional (115
kV, 230 kV y 400 kV), los conductores normalizados son: Por
ejemplo:
Para 115 kV: cable de 795 MCM; ACSR, cóndor, ampacidad 900 A. Para
230 kV y 400 kV: cable de 1113 MCM, ACSR, bluejay, ampacidad 1110
A.
Para líneas de dos conductores por fase, las separaciones entre
conductores de cada fase son:
Líneas de 115 kV y 230 kV: separación entre conductores de 33 cm.
Líneas de 400 kV: separación de conductores de 45 cm.
Las líneas pueden ser de un circuito trifásico o de dos circuitos
en paralelo con uno o dos conductores por fase y dos cables de
guarda. Aun cuando el Sistema Eléctrico Nacional ya que existen
líneas de cuatro circuitos en paralelo y líneas de tres conductores
por fase.
Los conductores para líneas de transmisión están sujetos a diversos
esfuerzos, los cuales deben ser tomados en cuenta para el diseño de
las mismas, estos esfuerzos son causados por:
La tensión mecánica en el momento de tender la línea. El propio
peso de los conductores. El agua, las sustancias sólidas
suspendidas en la atmósfera y el hielo que se acumula.
h
d
Conductor de fase
Hilo de guarda
Considerando el impacto del rayo en la mitad de la distancia
interpostal
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
24
El viento. Las vibraciones (eólica y galopeo).
Cable de guarda. El cable de guarda tiene como función principal
impedir que las descargas atmosféricas impacten sobre los
conductores de fase, captando dichas corrientes y conduciéndolas
por la estructura a los sistemas de tierra, que finalmente son los
elementos disipadores. El cable de guarda se conecta en las
crucetas preparadas para tal fin, localizadas en la parte superior
de la torre.
La posición que guarden estos cables de guarda respecto a los
conductores energizados, dependen de la probabilidad de que los
rayos no incidan sobre los conductores. Igual que los conductores,
los cables de guarda deben ser capaces de resistir las oscilaciones
mecánicas y condiciones climatológicas de la zona donde se
instalen. Generalmente los cables de guarda empleados son de acero
galvanizado o de acero recubierto de aluminio. Recientemente se
están instalando en algunas líneas de transmisión, cable de guarda
de acero recubierto de aluminio con núcleo conteniendo fibra
óptica. La separación vertical entre los cables de guarda y los
conductores debe ser aproximadamente igual a la distancia entre
fases en el caso de una disposición vertical de conductores, o a
dos tercios de la distancia entre fases en el caso de una
disposición horizontal de conductor.
Figura 1.14 Conjunto de tensión a compresión para cable de
guarda.
Lista de partes y materiales.
Parte. Descripción. Cantidad. Material.
1 Grapa remate compresión. 2 Aluminio 356T6 tubo de acero
C-1015
2 Grapa de tierra. 1 Aluminio 356T6
Tabla 1.16 Características del de tensión a compresión para cable
de guarda.
Figura 1.15 Conjunto de suspensión para cable de guarda.
2
1
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
25
Parte .
1 Eslabón. 1 Acero forjado o galvanizado 2H1LT-28
2 Grapa de suspensión para cable.
1 Aleación aluminio-silicio hierro maleable galvanizado.
2H1LT-27
1 Aleación de aluminio. 2H1LT-23
4 Conector o compresión de cable o solera.
1 Aleación de aluminio o acero galvanizado.
2H1LT-24
Tabla 1.17 Características del de suspensión para cable de
guarda.
Pararrayos. Las líneas de transporte de energía se protegen
parcialmente contra las descargas atmosféricas por medio de hilos
de tierra que se colocan a mayor altura que los conductores. Estos
hilos son de acero, de cobre con alma de acero o de una aleación de
alta resistencia a la tracción y se conecta eléctricamente con los
puntos más altos de las torres metálicas.
En su mayor parte de las líneas y los aparatos están protegidos por
pararrayos, la misión de los pararrayos es limitar el aumento de
tensión en sus terminales hasta un valor que solo sea algo superior
a la tensión de trabajo o nominal. Cuando la tensión aplicada al
pararrayos alcanza el valor crítico, su misión estriba en evitar
mayores aumentos, lo que exige que el pararrayos deje pasar una
corriente intensiva con poco aumento de tensión. A continuación se
muestra la característica a a’ de un pararrayos ideal.
Figura 1.16 Características de un pararrayos ideal.
Cuando la tensión de la línea alcanza el valor crítico en a, el
pararrayos descarga corrientes de intensidad infinitamente grandes,
sin que aumente la tensión en las terminales. En los pararrayos
reales se fija como el valor de tensión crítica a 2.5 veces el de
punta o máximo de la tensión de trabajo, la tensión aumenta
ligeramente al aumentar la corriente, debido a la caída de
tensión
V
I
Tensión de corte
Característica Ideal.
Característica Efectiva
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
26
producida por la resistencia. Esta característica se presenta en la
parte ab de la característica real abc. Cuando la tensión vuelve a
su valor normal, el pararrayos ha de cortar la corriente para un
valor situado por encima del correspondiente a la punta de la
tensión de trabajo, es decir en el punto c.
De otro modo se mantendría una descarga dinámica, debido a la
tensión de carga de línea además en condiciones normales el
pararrayos debe estar en circuito abierto.
Los pararrayos deben conectarse tan cerca como sea posible de los
aparatos que se requiere proteger. Cuando el pararrayos ha de
proteger una central, debe instalarse en el extremo de la línea de
entrada o de salida, tan cerca como se pueda de los aparatos de la
central.
Arreglo de mallas de la red de tierras. Existen diferentes
dispositivos de mallas de tierra que son:
Sistema radial. Sistema de anillo. Sistema de malla.
a) Sistema radial. Consiste de uno o de varios electrodos de tierra
a los cuales se conecta la derivación de cada uno de los equipos.
Este sistema es el menos seguro, ya que al producirse una falla en
el equipo se producen elevados gradientes de potencial.
b) Sistema de anillo. Se obtiene colocando un conductor alrededor
de la superficie ocupada por los equipos. Al anillo se conectan las
derivaciones de los equipos en los vértices de este anillo, se
instalan los electrodos. Este sistema es más eficiente que el
sistema radial ya que los potenciales disminuyen al disiparse la
corriente de falla por varias trayectorias.
c) Sistema de malla. Es el más usado actualmente y consiste de un
arreglo de conductores perpendiculares formando una malla o
retícula a la cual se conectan cada una de las derivaciones de cada
uno de los equipos. En el perímetro de la malla generalmente se
conectan electrodos. Este sistema es el más eficiente ya que se
limitan los potenciales originados por la circulación de la
corriente de falla. Otros electos a considerar para la puesta a
tierra son:
Los puntos de puesta a tierra
Las líneas de enlace con el electrodo de tierra
Con la puesta a tierra se logra:
Limitar la diferencia de potencial que en un momento dado, puede
presentarse entre sus
estructuras metálicas y tierra.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
27
Posibilitar la detección de defectos, a tierra y asegurar la
actuación y coordinación de las
protecciones, eliminando o disminuyendo así el riesgo que supone
una avería para el
material utilizado y las personas.
Limitar las sobretensiones internas (de maniobra, transitoria y
temporales), que pueden
aparecer en la red eléctrica, en determinadas condiciones de
explotación.
Evitar que las tensiones de frente escarpados que originan las
descargas de los rayos,
provoquen “flámeos inversos” en el caso de instalaciones de
exterior y particularmente en
líneas aéreas.
Protección contra la corrosión por efecto galvánico. Otra forma de
corrosión de los metales se da por efecto galvánico que se da por
la unión de metales diferentes por ejemplo. Para que exista
corrosión por efecto galvánico se debe cumplir con los siguientes
requisitos: Unir dos metales diferentes y entre más activo o
anódico, se corroe más rápido, es decir que entre mayor diferencia
de potencial entre ambos metales, la corrosión será mayor. Cuando
más se incrementa la diferencia de potencial más se incrementa la
corrosión por efecto galvánico. En este caso es muy común entre las
conexiones de cobre con fierro, esto es más común entre las
conexiones y mordazas, el aluminio es muy sensible a este
proceso.
Si la unión de los metales se encuentra inmersa en un electrolito,
la corrosión se acelera. Si unimos fierro con cobre, pero la masa
del fierro es mucho más grande que la del cobre se disminuye la
corrosión. Cuando se presenta la corrosión en un sistema de tierra
es conveniente protegerlo en forma adecuada, el método de la
protección catódica es el más usual para proteger elementos
metálicos enterrados.
La protección catódica es la reducción o eliminación de la
corrosión, haciendo al metal un cátodo por medio de una corriente
directa impresa o empleando un ánodo de sacrificio el cual puede
ser de magnesio, aluminio o zinc. El termino ánodo es usado para
describir la parte del metal que se corroe y de donde sale la
corriente para entrar en la solución. El termino cátodo es usado
para describir la parte del metal en que la corriente deja la
solución y entra al metal. La solución capaz de conducir
electricidad se llama electrolito, el electrolito que forma un
medio corrosivo puede ser una solución, lluvia o un medio húmedo
como el suelo.
Ánodos galvánicos (sacrificio). Un ánodo es el miembro que se
corroe, dando un flujo de corriente hacia la red protegida,
cediendo sus electrodos, es decir, su material se puede aplicar o
conectar directamente. Existen varios requisitos para que funcionen
ánodos de sacrificio:
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
28
El potencial entre el ánodo y la malla a proteger debe ser
suficientemente grande
convertirla de ánodo a cátodo.
El material del ánodo debe tener un elevado rendimiento eléctrico,
expresado en amperes-
hora por kg. de material (Ah/kg.) lo que constituye su capacidad de
drenaje de corriente
para tener una vida útil.
Los ánodos deben tener una buena eficiencia ya que los metales no
sufren autocorrosión,
es decir, se auto protegen de la corrosión, bajando su
rendimiento.
El contenido de energía eléctrica en un ánodo depende de las
características del metal usado, por ejemplo un ánodo de zinc puro
tiene una energía contenida de 372 amperes hora por libra, no lo
convertimos a kilogramos por que en el mercado se consiguen los
ánodos en peso por libras.
Protección catódica. Este proceso consiste en cambiar el área
anódica que se desea proteger por una catódica eliminando la
corrosión. Esto se puede lograr aplicando una corriente directa al
metal que se corroe volviéndolo un cátodo.
La corriente fluye directamente de las áreas anódicas a las
catódicas y completa el circuito a través del conductor, cuando el
flujo de corriente va del terreno al cable o al área catódica no
hay corrosión, cuando se protege una malla de tierras en forma
catódica, el objetivo es que la red de tierras en su totalidad
reciba la corriente del medio ambiente, entonces la red será un
cátodo y la corrosión se detiene. La protección catódica provoca un
flujo de corriente a través del medio de la cama de tierra,
compuesta por ánodos de sacrificio o material de consumo, donde
ocurre la corrosión no se ha detenido con la aplicación de la
protección catódica, pero se ha transmitido a otro lugar, el
material anódico se gasta por lo que hay que reponerlo.
Principales elementos constitutivos de una línea de
transmisión.
Desde el punto de vista del proyecto de las líneas de transmisión;
las principales componentes a considerar son:
Estructuras (torres). Conductores. Aislamientos.
Diseño preliminar del sistema de puesta a tierra. Los conductores
empleados es las líneas de tierra tendrán una resistencia mecánica
adecuada y ofrecerán una elevada resistencia a la corrosión, su
sección será tal que la máxima corriente que circule por ellos en
caso de una descarga atmosférica no lleve a estos conductores a una
temperatura cercana a la de fusión, ni ponga en peligro sus
empalmes y conexiones.
Electrodos de puesta a tierra; dimensiones. Los electrodos de
puesta a tierra estarán formados por materiales metálicos en forma
de varillas, cables, chapas, perfiles, que presenten una
resistencia elevada a la corrosión por sí mismos, o mediante una
protección adicional, tales como el cobre o el acero debidamente
protegidos, en cuyo caso se tendrá especial cuidado de no dañar el
recubrimiento de protección durante el hincado. Los electrodos
podrán disponerse de la siguiente forma:
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
29
Picas hincadas en el terreno, constituidas por tubos, barras u
otros perfiles, que podrán estar formados por elementos
empalmables. Varillas, barras o cables enterrados, dispuestos en
forma radial, mallada, anular, placas o chapas enterradas. Así como
acerca de las dimensiones mínimas de los mismos. Las dimensiones de
las picas se ajustaran a las especificaciones siguientes. Los
redondos de cobre o acero recubierto de cobre, no serán de un
diámetro menor a 14 mm, los de acero sin recubrimiento no tendrán
diámetro inferior a 20 mm. Los tubos no serán de un diámetro
inferior a 14 mm, los de acero sin recubrir no tendrán diámetro
inferior a 20 mm. Los tubos no serán de un diámetro inferior a 30
mm, ni de un espesor de pared inferior a 3 mm. Los perfiles de
acero no serán de espesor inferior a 5 mm ni de una sección
inferior a 250 mm. Los conductores enterrados, serán de varilla,
cable o pletina, deberán tener una sección mínima de 50 mm
2 los de cobre y 100 mm
2 los de acero. El espesor mínimo de las pletinas y el
diámetro
mínimo de los alambres de los cables no será inferior a 2 mm los de
cobre y 3 mm los de acero.
Las placas o chapas tendrán un espesor mínimo de 2 mm los de cobre
y 3 mm las de acero. En la relación con el metal utilizado como
electrodo, ha de indicarse que su elección debe atender a la
resistencia que presente a la corrosión, ocasionada por causas
tales como ataque químico, biológico, oxidación, formación de pares
electrolíticos entre metales diferentes o entre un metal y los
productos de su alteración, electrólisis, corriente de circulación
en el terreno (vagabundas, debidas a la tracción eléctrica). En la
práctica los metales más utilizados son el cobre por su alta
resistividad a la corrosión y los aceros cromo níquel que resisten
por corrosión por pasivación, o los galvanizados, estos presentan
una vida útil dependiendo de la duración de su capa protectora de
zinc. Para evitar la corrosión puede estañarse la superficie del
electrodo o utilizar el zinc como electrodo de sacrificio, aunque
también pueden protegerse las superficies férreas como pinturas
plásticas o recubrimientos asfálticos, utilizar tuberías no
metálicas si se trata de canalizaciones, etc.
Tensiones. La seguridad de cualquier instalación eléctrica desde
los criterios de diseño hasta su puesta en utilización es materia
fundamental para evitar accidentes.
a) Tensión de paso. Es la parte de la tensión (de puesta) a tierra
que no puede ser marcada por un ser humano entre los dos pies,
considerándose el paso de una longitud de un metro.
La tensión de paso es la diferencia de potencial entre dos puntos
de la superficie del terreno, separados por una distancia de un
paso, que se asimila a un metro, en la diferencia del gradiente del
potencial máximo.
b) Tensión de contacto. Es la fracción de la tensión de puesta a
tierra que puede ser marcada por una persona entre la mano y el pie
(considerando 1 metro) o entre ambas manos. La tensión de contacto
es la diferencia de potencial entre una estructura metálica puesta
a tierra y un punto de la superficie del terreno a una distancia
igual a la distancia horizontal máxima que se puede alcanzar, o sea
aproximadamente un metro.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
30
c) Tensión de paso aplicada. Es la parte de la tensión de paso que
resulta directamente aplicada entre los pues de un hombre, teniendo
en cuenta todas las diferencias que intervienen en el circuito y
estimándose la del cuerpo humano en 1000 Ohms.
d) Tensión de contacto aplicada. Es la parte de la tensión de
contacto que resulta directamente aplicada entre dos puntos del
cuerpo humano, considerando todas las resistencias que intervienen
en el circuito y estimándose la del cuerpo humano en 1000
Ohms.
Derecho de vía. Es una faja de terreno que se ubica a lo largo de
cada línea aérea, cuyo eje coincide con el central longitudinal de
las estructuras o con el trazo topográfico.
Eje del trazo topográfico. Es la línea imaginaria que une las
marcas de referencia fijas, establecidas en el terreno, que define
la trayectoria de un levantamiento topográfico.
Claro. Es la parte de una línea aérea comprendida entre dos
estructuras consecutivas.
Claro medio horizontal o claro de viento de una estructura. Es la
semisuma de los valores de los dos claros adyacentes a la
estructura de referencia. Es el valor de la distancia horizontal
existente entre los dos puntos más bajos de las catenarias
adyacentes a la estructura de referencia.
Línea aérea. Es aquella que está constituida por conductores
desnudos o aislados, tendidos en espacios abiertos y que están
soportados por estructuras o postes, con los accesorios necesarios
para la fijación, separación y aislamiento de los mismos
conductores. Es la distancia medida verticalmente desde el
conductor, hasta una línea recta imaginaria que une sus dos puntos
de soporte. A menos que otra cosa se indique, la flecha siempre se
mide en el punto medio del claro.
Figura 1.17 línea aérea.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
31
Zona Urbana. Son las localidades o áreas con 2500 habitantes o más
o bien las cabeceras municipales independientemente del número de
habitantes.
Zona rural. Son las localidades o aéreas con menos de 2500
habitantes. Por metros que influyen en la determinación de ancho de
derecho de vía, el ancho del derecho de vía está integrado por el
doble de la suma de las siguientes distancias. Separación
horizontal mínima eléctrica de seguridad (distancia A); proyección
horizontal de la flecha del conductor y de la longitud de la cadena
de aisladores de suspensión (en su caso), según el ángulo de
oscilación que produce la presión del viento (distancia B),
distancia del eje de la estructura al conductor extremo en reposo
(distancia C); (ver figura 1.17). Estos parámetros varían con: la
tensión eléctrica nominal, el calibre del conductor, la magnitud de
la presión del viento, tipo de estructura, la zona en que se
localice y la altitud respecto al nivel del mar en se ubique.
Figura 1.18 integración del derecho de vía.
Notas.
Separación horizontal mínima de seguridad. Proyección horizontal de
la flecha mas cadena de aisladores Distancia del eje de la
estructura al conductor extremo en reposo
En la figura anterior tenemos lo siguiente:
(La) longitud oscilante de la cadena de aisladores. Ancho del
derecho de vía 2[A+ (La+16T) sen U +C1
Tipos de derecho de vía. Para aplicar esta especificación y
efectuar el cálculo del derecho de vía requerido, se considerará la
zona en que se localice la línea aérea.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
32
Derecho de vía en zona urbana Derecho de vía en zona rural
Además de considerar el tipo de terreno donde pasa la línea aérea.
Al terreno plano. Separación horizontal mínima eléctrica de
seguridad de conductores energizados a edificios, construcciones,
árboles y cualquier otro tipo obstáculo a la separación horizontal
de los conductores a la superficie de edificios, construcciones,
anuncios, chimeneas, antenas, tanques de aguas, árboles y cualquier
otro equipo obstáculo. No debe ser menor que indica la tabla 1.3.
Cuando los edificios pasen de tres pisos o 15 m de altura, se
recomienda que entre el conductor energizado más cercano al
edificio, se dé un espacio libre de cuando menos 1.80 m adicional a
lo indicado en la tabla siguiente, con objeto de facilitar la
colocación de escaleras en caso de incendio.
Tensión nominal entre fases (V) Distancia horizontal mínima (A)
(m)
De 150 a 600 1.0
Hasta 6600 1.20
13 800 1.35
Notas.
1) las distancias indicadas en la tabla 1.3 se incrementan 1% por
cada 100 m de longitud que rebase los 1000 msnm (metros sobre el
nivel del mar).
2) Los cables de comunicación, mensajeros, deben guardar una
distancia mínima de 1 m con el obstáculo más cercano.
3) Cuando el espacio disponible no permita este valor, la
separación puede reducirse a un mínimo de 1 m, siempre que los
conductores tengan aislamiento para prevenir un corto circuito en
caso de contacto momentáneo a tierra.
Derecho de vía en terrenos: plano y montañoso. Terreno plano. En
terreno plano, en que la longitud de los claros es aproximadamente
igual, el ancho del derecho de vía calculado o seleccionado en las
tablas debe de ser aplicado a todo lo largo de la línea.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
33
Terreno montañoso en zonas rurales. En terrenos con lomerío y/o
montañoso, debe procurarse un ancho de vía uniforme a lo largo de
la línea. Sin embargo, en claros excesivamente grandes, puede ser
necesario modificar el ancho de conformidad con las características
particulares del terreno en el claro de que se trate. Donde el
libramiento real del conductor al piso, es mayor a la suma del
libramiento vertical mínimo normalizados del conductor al piso más
la altura máxima alcanzada por los árboles circundantes en edad
madura, se puede reducir el derecho de vía de acuerdo con el área
técnica. En esta aéreas, en las partes cercanas a las estructuras
se recomienda conservar el derecho de vía normalizado, evitando
hacerlo en la parte baja de la flecha del conductor.
Derecho de vía en terrenos con pendientes. El ancho del derecho de
vía se debe de medir como si se tratara de terreno plano. Terreno
con pendiendo transversal al eje del trazo topográfico. En terrenos
con pendiente transversal al eje del trazo topográfico o de la
línea, el ancho del derecho de vía corresponde a la proyección
horizontal del terreno, es decir, la dimensión a medir sobre el
terreno debe ser la que resulte dividir el ancho calculado del
derecho de vía, entre el coseno del Angulo de inclinación del
terreno respecto a la horizontal.
Terrenos en las zonas conflictivas. Recomendaciones para modificar
el derecho de vía en zonas conflictivas en aéreas de cultivos
costosos como café, árboles frutales, ecosistemas frágiles, etc. O
bien terrenos urbanos con serios problemas para la obtención del
derecho de vía, es factible aplicar, previo estudio técnico
económico, una o más de las siguientes medidas, con objeto de
reducir el ancho necesario para el paso de la línea. Al aislar los
conductores de baja tensión.
a) Instalar contra pesos en los puntos de soporte oscilantes de los
conductores, previa verificación de la capacidad de carga
vertical.
b) Limitar en alguna otra forma la oscilación transversal de los
conductores. (cadenas de aisladores en v, tipo poste, etc.).
c) Modificar la disposición vertical de los conductores. d) Reducir
la flecha, incrementando la tensión mecánica de los cables. e)
Reducir la longitud de los claros. f) Cambio de trayectoria del
trazo original de la línea. g) Cambios de la estructura.
Cuando exista la necesidad de instalar una línea en una zona urbana
congestionada o en una zona rural con cultivos costosos, en las que
no es posible obtener el derecho de vía reglamentario en esta
especificación. Y que se han estudiado si es factible incrementar
el libramiento de los conductores al paso.
Señalización de las líneas de transmisión aéreas, tráfico aéreo y
navegación. Tráfico aéreo. Atendiendo las disposiciones fijadas por
la Secretaría de Comunicaciones y Transportes y con el fin de
proporcionar seguridad a las maniobras aéreas y a las líneas de
transmisión de Comisión Federal de Electricidad, se debe llevar a
cabo las siguientes recomendaciones:
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
34
Cruzamiento de líneas de transmisión, Estructuras. Pintar de color
ámbar, la trabe y crucetas de conductor y cable de guarda, como dos
estructuras antes y dos después del cruzamiento. En las estructuras
adyacentes al cruzamiento deben pintarse de color rojo de acuerdo a
la especificación CFE L0000-15.
Figura 1.19 Estructuras cruzadas.
Señalización de estructuras y cables de líneas de transmisión en
las proximidades de aeropuertos, ríos lagos y mares.
Navegación (ríos, lagos y mares).
Cuando existe el cruzamiento de líneas de transmisión con ríos,
lagos o mares importantes para la navegación.
Figura 1.20. Señalamiento de estructuras y cables de líneas de
transmisión.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
35
Cables. Deben instalarse boyas de señalización en los cables de
guarda de la línea que presente el mayor cruzamiento de altura. En
este claro se deben colorar 5 boyas a una distancia de 50 m,
tomando como referencia el eje central del cruzamiento. Aquellas
líneas de transmisión o parte de ellas que se localizan en un radio
de circunferencia de 4 km. tomando como referencia el centro
geométrico del área de operaciones del aeropuerto, deben pintarse
las estructuras completamente de color 1 blanco y 8 rojo de acuerdo
a la especificación CFE L0000-15 en bandas alternadas que
contrasten entre sí. El ancho de las bandas debe ser
aproximadamente de 1/7 de la altura total de las estructuras.
Fig 1.19. Ancho de la Banda 1/17 de la altura total de la
estructura Figura 1.21 Ancho de la banda de 1/17 de la altura total
de la estructura.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
36
CAPITULO II: TIPOS DE ESTRUCTURAS.
TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA POR MEDIO DE CORRIENTE ALTERNA.
Para transportar económicamente energía a distancias considerables,
es necesario que la tensión sea muy elevada. Hasta 20 kV se puede
producir directamente en los alternadores, y para mayores tensiones
es conveniente servirse de transformadores, porque es difícil
asilar los generadores para tensiones tan altas. La tensión de
transporte es casi siempre, demasiado elevada para su utilización
directa, por lo que es conveniente reducirla, por medio de
transformadores, para su distribución a valores convenientes. Hace
años que solamente era posible elevar y reducir las tensiones de
corriente directa por medio de maquinas con colectores giratorios.
El rendimiento de estas no es elevado y se presentaban
dificultades, debidas a los colectores, aun para tensiones
relativamente bajas. Sin embargo, hasta ahora, la corriente alterna
es casi la única que se utiliza para el transporte de energía. (La
única excepción es el sistema Thury en Europa) Cuando se trata de
potencias considerables, se emplean corrientes polifásicas, que
presentan muchas ventajas con relación a las monofásicas. Por
ejemplo los motores polifásicos son muchos más baratos y ligeros
que los monofásicos a igualdad de potencia y, por regla general,
sus características de funcionamiento son mejores. Los rendimientos
de los generadores y conmutatrices son mejores cuando funcionan
como polifásicos son mucho mayores que cuando lo hacen como
monofásicos. De los sistemas polifásicos, el trifásico es el que
más se utiliza para las líneas de transporte, aunque no es raro el
empleo de la corriente bifásica para distribuciones. La corriente
trifásica tiene la ventaja de que, entre todas las polifásicas, es
la que exige menor número de conductores, los desequilibrios de
tensiones, aun con cargas desequilibradas, no suelen ser graves y
para una tensión dada entre conductores y un transporte determinado
de energía a una distancia dada y con pérdidas prefijadas en la
línea, la corriente trifásica solo requiere el 75% del cobre que se
necesita cuando se emplea corriente bifásica o monofásica. Cuando
la tensión es tan elevada que exige el uso de transformadores, la
energía se produce en general a 6600 o 13200 V, tensiones que no
llegan a dificultar el adecuado aislamiento de los generadores, y
al mismo tiempo permiten que los conductores del inducido, las
barras del cuadro y los conductores intermedios no sean de
secciones excesivas. La tensión de transporte se determina
principalmente atendiendo a razones económicas. Aunque las
tensiones elevadas permiten reducir la sección de los conductores,
la economía del cobre, o de aluminio, puede anularse por el aumento
de costo del aislamiento de la línea y de sus estructuras de
soporte y por el mayor tamaño de estaciones generadores y
subestaciones, exigidos por las mayores distancias que deben quedar
entre los conductores y entre las barras de cuadro. Un
procedimiento burdo de determinación de la tensión de un transporte
es el considerar que debe ser de 1000 volts por cada milla (625
volts por kilómetro). Debido al peligro que representa, no suele
permitirse que las líneas de alta tensión pasen por distritos muy
poblados para llegar a las subestaciones de distribución. La
tensión suele reducir a 13.2 y 23 kV en las subestaciones situadas
en los límites de la ciudad y luego se hace la distribución por
medio de cables subterráneos, o por líneas aéreas en algunos casos,
a estas tensiones reducidas.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
37
Torres para líneas de transporte. Las torres metálicas son
estructuras de amplia base, construidas generalmente por cuatro
montantes principales, unidos por medio de diagonales de secciones
pequeñas. Como están construidas por un número relativamente
pequeño de elementos unidos por tornillos o remaches, el costo de
mano de obra para el montaje es relativamente bajo. La sección que
se da a los motores les permite resistir los elevados esfuerzos de
torsión que se producen cuando se rompen los conductores de un
vano. Las torres deben asentarse sobre fundaciones de hormigón, lo
que es necesario sobre todo si el terreno es pantanoso. Un sistema
más económico consiste en remachar placas de asiento a los pies de
los montajes y enterrarlos directamente en el suelo. Las torres se
transportan desmontadas y el trabajo del montaje se hace en un
lugar definido y se confía a brigadas especializadas. Las torres
metálicas son las más convenientes como soporte de línea de
transporte en el aspecto de resistencia mecánica, seguridad,
conservación y duración. Se emplean prácticamente todas las líneas
desde 85 kV en adelante. Una forma menos costosa para el soporte
para la línea de transmisión es la torre flexible su forma se
inspira en el principio de que si las fuerzas de atracción de dos
tramos contiguos son iguales, la torres actúa solo como pie derecho
que soporta la línea en un extremo, pero no tiene que resistir
esfuerzos horizontales. Las torres flexibles son simplemente
estructuras en forma de A, Fig. 2.1, previstas para resistir el
máximo esfuerzo transversal que pueda presentarse pero no los
esfuerzos en la dirección de la línea. Cuando se usan estas torres
es preciso disponer de torres de anclaje cada 1500 m
aproximadamente, que compensen cualquier desequilibrio de tensiones
mecánicas que puedan provenir de la rotura de un cable. Cuando se
utilizan aisladores suspendidos se ha de disponer de un cable de
tierra de acero, que una cúspide de las torres les dé estabilidad
longitudinal. La ventaja de la torres flexibles esta en el hecho
que pueden transportarse completamente montadas y se izan con
facilidad.
Acot en m.
5.67
C
B
B
3.853.85
7.70
Figura 2.1 Torre flexible en A de una línea de 132 kV.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
38
Tipos de estructuras. (Torres), utilizadas en México. Las torres o
estructuras como se sabe, constituyen el soporte mecánico de las
líneas de transmisión; y económicamente hablando, representan la
mayor inversión. En México se construyen principalmente de acero o
cemento armado, para la subtransmisión y distribución. En algunos
países como Canadá, Estados Unidos, Alemania, Suecia, Finlandia,
etc., se pueden encontrar las líneas de transmisión con estructuras
de madera. Por su tipo, las torres pueden ser principalmente:
Autosoportadas de Celosía (estructurales). Autosoportadas
tubulares. Con retenidas.
Torres Autosoportadas de celosía. Las torres Autosoportadas
constituyen en México, la mayoría de las estructuras usadas en las
líneas de transmisión, en alta tensión. Su nombre se debe a que
mecánicamente no requieren de apoyos adicionales para trabajar, con
los electos sujetos a los esfuerzos y comprensión, es decir dichos
elementos tienden a alargarse o comprimirse debido a carga de
conductores aislados y electos externos; como presión del viento,
carga por hielo, etc., además del tensionado normal para
montaje.
Figura 2.2 Torre Autosoportada de Celosía.
h = altura de los conductores de fase, sobre el nivel del suelo. HT
= altura de la trabe. D = distancia entre centros de fase.
TORRE. Las dimensiones de esta torre son variables y dependen de
varios factores, como son:
Tipo de terreno, (plano, ondulado, montañoso).
Distancia intercostal (es decir, distancia media entre dos torres
adyacentes, también
conocida como claro horizontal).
Función de la torres, lo que determina el tipo que puedes
ser.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
39
Tipo tensión.
Tipo remate.
De transposición.
La gran mayoría de las líneas de transmisión usadas en México; son
del tipo autosoportadas de celosía, de las llamadas de suspensión.
Las torres de tensión se aplican en menor número, para otras
aplicaciones como son: cruzamientos y zonas, en donde se requiere
obtener una mayor altura de los conductores.
Torres de Remate. Las torres de remate se usan en las llegadas y
salidas de subestaciones eléctricas; y pueden ser de suspensión, o
de tensión; dependiendo del ángulo de llegada o de la salida de la
subestación, preferentemente se usan, de tipo suspensión.
Torres de Transposición. Tienen un diseño similar a las de
suspensión; y se usan para alternar la posición, de los conductores
de fase de las líneas de transmisión, se aplican pocas en una línea
de transmisión y depende en cierto modo de la longitud de las
mismas.
Torres Autosoportadas del tipo tubular. Estas torres también son
autosoportadas, en el mismo concepto de las tipo celosía; la
diferencia está en el tipo de construcción, con ángulos o perfiles
si no se usa tubo de acero, lo que hacen que sean más compactas,
pero también su costo es superior a igualdad de costos de
operación; también se diseñan para trabajar en suspensión o a
tensión. Debido a su alto costo su uso está restringido a zonas,
donde se tienen problemas de disponibilidad de terreno para
construir la línea, y también de estética; es decir se aplican
preferentemente a zonas urbanas con diseños compactos, en donde se
pueden usar también, aislamientos sintéticos o sea aislamientos no
convencionales a base de discos de vidrio y porcelana.
Torres con accesorios de retenidas. Se usan en México con una trabe
horizontal, sostenida con uno o dos puntos, que trabajan
exclusivamente a compresión, en estas torres, la estabilidad
mecánica se asegura por medio de tirantes (retenidas), con la
disposición apropiada. A continuación se muestran algunas torres
para explicar algunos párrafos anteriores.
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TRANSMISIÓN DE 400 kV.
40
CAPÍTULO III. MEDICIÓN DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO.
Medición de la resistividad del suelo y resistencia eléctrica en
líneas aéreas en construcción. Las mediciones de la resistividad
del suelo y resistencia eléctrica de la red de tierras se deben
realizar en la época de sequia debida a que son las condiciones más
críticas.
Medición de la resistividad del suelo en líneas aéreas para el
diseño de la red de tierras. Una vez determinada la posición de la
torres y por consecuencia lógica las cimentaciones se procede a
ejecutar la medición de la resistividad del suelo, siguiendo el
método de los cuatro electrodos o de WENNER. Para estructuras
autosoportadas se deben hacer a partir del centro de la base a
partir del centro de la base de la torre en diagonal respecto al
sentido de la línea, de acuerdo al arreglo “A” representado en la
figura 3.1, considerando la medición hacia afuera de las patas 1 y
3 o al arreglo “B” de la misma figura que involucra las patas 2 y
4.
Figura 3.1 Arreglos para la medición de la resistividad del suelo
en líneas aéreas para el diseño de
la red de tierras.
La selección de los arreglos A o B debe ser en función de las
facilidades del terreno para el indicado de los electrodos
verticales. Hay que considerar que en las zonas urbanas las
mediciones se realizan en el centro de la base en el sentido de la
instalación.
METOLOGIA PARA EL DISEÑO DE LA RED DE TIERRAS DE TORRES DE
TRANSMISIÓN DE 400 kV.
41
En cualquiera de los arreglos, se realizan 7 mediciones en cada
dirección para hacer un total de 14 mediciones. La primera lectura
se debe de hacer con una separación entre los electrodos de 1.6 m,
incrementándose en 1.6 m, hasta llegar a 11.2 m. los valores
obtenidos se anotaran en un formato y los valores de la
resistividad del suelo para diseñar la red de tierras son
responsabilidad del diseñador. Las mediciones se deben de realizar
manteniendo el electrodo C1 instalado en el centro de la
estructura, por lo cual solo variaran de posición de electrodos P1,
P2, y C2.
Medición de la resistividad del suelo y resistencia eléctrica en
líneas aéreas en operación.
Para la medición de la resistividad del suelo, se debe utilizar el
método de WENNER.
En 1915, el Dr. Frank WENNER del U.S. Bureau of Standards
desarrolló la teoría de este método de prueba, y la ecuación que
lleva su nombre.
Con objeto de medir la resistividad del suelo se hace necesario
insertar los 4 electrodos en el suelo. Los cuatro electrodos se
colocan en línea recta y a una misma profundidad de penetración,
las mediciones de resistividad dependerán de la distancia entre
electrodos y de la resistividad del terreno, y por el contrario no
dependen en forma apreciable del tamaño y del material de los
electrodos,