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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELÉCTRICA MARACAIBO- ESTADO ZULIA “DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ASISTIDO POR COMPUTADORA” Trabajo Especial de Grado para optar al título de Ingeniero Electricista REALIZADO POR Br. CORDERO ARAUJO, OSKAR GABRIEL C.I. 18.516.119 TUTOR ACADÉMICO NANCY MORA MANUEL BRICEÑO Maracaibo, Enero de 2010 DERECHOS RESERVADOS

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE ELÉCTRICA

MARACAIBO- ESTADO ZULIA

“DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ASISTIDO

POR COMPUTADORA”

Trabajo Especial de Grado para optar al título de Ingeniero Electricista

REALIZADO POR

Br. CORDERO ARAUJO, OSKAR GABRIEL

C.I. 18.516.119

TUTOR ACADÉMICO

NANCY MORA

MANUEL BRICEÑO

Maracaibo, Enero de 2010

DERECHOS RESERVADOS

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

“DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ASISTIDO

POR COMPUTADORA”

___________________________ Br. CORDERO A., Oskar G.

C.I.: 18.516.116

DERECHOS RESERVADOS

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APROBACIÓN

Este jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado: “DISEÑO DE BARRAS

FLEXIBLES EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ASISTIDO POR

COMPUTADORA”, presentado por el Br. OSKAR GABRIEL. CORDERO ARAUJO., portador

de la C.I: 18.516.119, en cumplimiento con los requisitos establecidos para optar por el título de

INGENIERO ELECTRICISTA.

_________________________

Jurado Examinador

Ing. Nancy Mora

Tutor Académico.

_____________________ _____________________

Ing. Manuel Briceño Ing. Guillermo Osorio

Jurado Jurado

__________________________

Ing. Oscar Urdaneta

Decano Facultad de Ingeniería

DERECHOS RESERVADOS

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Dedicatoria

Al todo poderoso por darme la vida, y haberme dado la oportunidad de existir, y

de tener una vida llena de salud y ayudarme a llegar a ser lo que soy hoy en día.

A mis padres, Grisalida Araujo y Oscar Cordero, por el apoyo incondicional que

me han brindado, además de saber llevarme por el mejor camino.

A la mis asesores, porque son el pilar más fuerte sobre el cual se levantó la

investigación, con su consejos y dedicación cumplimos nuestro sueño.

A mis amigos y compañeros de estudios, por que hicieron que la etapa del

desarrollo de la tesis fuera más amena, brindándome siempre su colaboración,

sabiduría, alegrías y compañía.

Oskar Cordero

I

DERECHOS RESERVADOS

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Agradecimiento

A Dios por darme la oportunidad de vivir y de llegar a donde he llegado hoy en

día, alcanzar mis metas a través de mi trayectoria académica y por darme la

satisfacción de ser un profesional.

A la Universidad Rafael Urdaneta, instituto que me dio la oportunidad de

formarme como un futuro Ingeniero Electricista.

A la Escuela de Ingeniería Eléctrica, a los profesores del área que

transmitieron sus experiencias y conocimientos en las diferentes asignaturas.

A La Profesora Nancy Mora y el Profesor Manuel Briceño, quienes me

brindaron todas las herramientas necesarias y todo su apoyo para culminar mi trabajo

especial de grado.

De ustedes es mi logro.

II

DERECHOS RESERVADOS

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CORDERO A. OSKAR G. “DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES EN SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ASISTIDO POR COMPUTADORA”. Trabajo Especial de Grado para optar al Título de Ingeniero Electricista; Maracaibo – Venezuela: Universidad Rafael Urdaneta, Escuela de Ingeniería Eléctrica, 2010. 184 pág.

RESUMEN

En esta investigación se llevo a cabo con la finalidad de Elaborar un software para el diseño de barras flexibles para subestaciones eléctricas asistido por computadora y así conocer el beneficio que puede brindar a los trabajadores en el área de la ingeniería eléctrica la programación de un software para el diseño del mismo. La investigación realizada fue de tipo descriptiva, debido a que se conocieron aspectos y se obtuvieron las respuestas necesarias para la solución del problema planteado. De tipo no experimental- transaccional, porque no se modificaron los procedimientos de cálculo de barra flexible establecidos en la norma, ni la información técnica recolectada para crear la data técnica utilizada por el software. Con respecto a las técnicas e instrumentos de recolección de la información se utilizaron la observación documental, la observación indirecta y la observación directa. Aunado esto, se presentan los resultados obtenidos, donde se ve cristalizado en un software denominado “Diseño de Barras Flexibles 2009”, desarrollado en la plataforma computacional Microsoft Visual C# 2008, debido a las ventajas que ofrece para la implementación modular de los algoritmos matemáticos exigidos en este procedimiento y además de la facilidad para la elaboración de las pantallas, barras de herramientas, viñetas e iconos del software. El proceso de comprobación de resultados arrojados por el software en comparación con los obtenidos manualmente, permitió constatar la validez y la precisión de la herramienta computacional obtenida, cumpliendo con las condiciones necesarias para el diseño de barras flexibles, como lo son las eléctricas, mecánicas y meteorológicas, entre las que se pueden mencionar: las características técnicas del conductor trenzado, su calibre, la influencia del efecto corona, la temperatura superficial del conductor la tensión mecánica máxima horizontal y flecha máxima, según lo establecido en la normativa vigente y autores reconocidos internacionalmente. Así mismo, se plantean las recomendaciones y anexos de la investigación.

Palabras Claves: Barras Flexibles, Diseño, Software, Programación Email: [email protected]

IiI

DERECHOS RESERVADOS

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CORDERO A. OSKAR G. “DESIGN OF FLEXIBLE BARS IN ELECTRICAL SUBSTATIONS REPRESENTED BY COMPUTER” Special work Of Degree To choose For The Title Engineer's Electrician. University Rafael Urdaneta. Faculty of Engineering. School of Electrical Engineering. Maracaibo - State Zulia. Venezuela 2009. 184pág.

ABSTRACT

This research was carried out with the purpose of Elaborating a software for the design of flexible bars for electrical substations represented for computing and like that to know the benefit that can offer to the workers in the area of the electrical engineering the programming of a software for the design of the same one. The realized investigation was of type descriptive, due to the fact that aspects were known and there were obtained the answers necessary for the solution of the raised problem. Of not experimental type - transactional, because there were not modified the procedures of calculation of flexible bar established in the norm, not even the technical information gathered to create the technical byline used by the software. With regard to the technologies and instruments of compilation of the information they used the documentary observation, the indirect observation and the direct observation. United this, they present the obtained results, where one sees crystallized in a software called "Design of Flexible Bars 2009", developed in the platform computational Visual Microsoft C# 2008, due to the advantages that it offers for the implementation to modulate from the mathematical algorithms demanded in this procedure and besides the facility for the elaboration of the screens, toolbars, emblems and icons of the software. Likewise I come to him to the conclusion of which, the process of checking of results thrown by the software in comparison with the obtained ones manually, allowed to state the validity of the results for the tool computational, expiring with the conditions necessary for the design of flexible bars, since they it are the electricity companies, mechanical and meteorological, between them they can be mentioned: the technical characteristics of the plaited driver, the size of conductor, the influence of the effect crowns, the superficial temperature of the driver the mechanical tension horizontal maxim and maximum arrow, according to the established in the in force regulation and authors recognized internationally. Likewise, there appear the recommendations and annexes of the investigation

Key words: Flexible Bars, Design, Software, Programming Email: [email protected]

IV

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ÍNDICE GENERAL

Presentación

Veredicto

Dedicatoria I

Agradecimiento II

Resumen III

Abstract IV

Índice General V

Introducción 17

CAPITULO I: EL PROBLEMA 19

1.1- Planteamiento del problema 20

1.2- Formulación de problema: 23

1.3- Objetivos de la investigación 24

1.3.1- Objetivo general 24

1.3.2- Objetivos específicos 24

1.4- Justificación de la investigación 24

1.5- Delimitación de la investigación 25

1.5.1- Delimitación espacial 25

1.5.2- Delimitación temporal 25

1.5.3- Delimitación científica 26

CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 27

V

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2.1- Antecedentes de la investigación. 28

2.2- Bases teóricas 32

2.2.1- Subestaciones eléctricas 32

2.2.2- Cargas 37

2.2.3- Esfuerzo 37

2.2.4- Flecha 37

2.2.5- Temperatura máxima 37

2.2.6 - Barraje 37

2.2.7- Corriente asignada 39

2.2.8- Barraje de campo 48

2.2.9- Barrajes colectores 48

2.2.10- Efecto corona en conductores: 50

2.2.11- Espaciamiento entre haces de conductores: 59

2.2.12- Cálculo de esfuerzos electromecánicos en barrajes 61

2.3- Términos básicos: 83

2.4- Operacionalización de la variable 85

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO 89

3.1- Tipo de investigación 90

3.2- Diseño de la investigación 91

3.3- Población y muestra 93

3.4- Técnicas e instrumentos de recolección de datos 94

3.5- Fases de la investigación 97

CAPÍTULO IV: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 103

4.1- Identificación del proceso de cálculo establecido en la normativa vigente

para el diseño de barras flexibles de subestaciones eléctricas.

101

4.2.- Requerimientos del software 104

4.3- Filosofía de operación del software 105

VI

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4.3.1- Diagramas de Flujo 106

4.4- Aspectos generales del software 106

4.4.1- Nombre del software 106

4.4.2- Diseño del software 106

4.4.3- Criterios 107

4.4.4- Requisitos del sistema 107

4.4.5- Requisitos del usuario 108

4.5- Manual de Usuario 108

4.5.1- Instalación del software DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009. 108

4.5.2- Ventana principal del programa. 112

4.5.3- La barra de menú. 113

4.5.4- La barra de herramientas principal 119

4.5.5- Área de datos del sistema 119

4.5.6- Campo ‘caso’ 120

4.5.7- El botón ‘aceptar 120

4.5.8 - El botón ‘cancelar’ 121

4.5.9- Ventana ‘funcionamiento’ 122

4.5.10- El campo ‘corriente nominal’ 122

4.5.11- El campo ‘corriente de emergencia’ 122

4.5.12- El campo ‘nivel de tensión’ 123

4.5.13- El campo ‘longitud de la barra’ 123

4.5.14- El campo ‘frecuencia del sistema’ 123

4.5.15- Ventana ‘características de la barra’ 123

4.5.16- Ventana ‘condiciones ambientales’ 124

4.5.17- Ventana ‘datos adicionales’ 126

4.5.18- Iniciar el diseño de barra flexible 127

4. 5.19- Los resultados 127

4. 5.20- La ventana ‘Ayuda’ 128

4. 5.21- La ficha de opciones ‘generales’ 129

4.6- Comprobación de los resultados 130

VII

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CONCLUSIONES 135

RECOMENDACIONES 137

BIBLIOGRAFÍA 138

APÉNDICES 140

ANEXOS 167

VIII

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1- Características materiales 39

Tabla 2.2- Constantes B1 y [CIGRÉ (1992)] 44

Tabla 2.3- Coeficiente Geométrico 52

Tabla 2.4- Coeficiente de limpieza 52

Tabla 2.5- Parámetros de diseño en función de la categoría de exposición 65

Tabla 2.6- Coeficiente de sitio S (Asociación (1998) 69

Tabla 2.7- Cuadro de Variables 86

Tabla 2.8- Cuadro de Variables (Continuación) 87

Tabla 4.1- Tabla comparativa de resultados apéndice A 132

Tabla 4.2- Tabla comparativa de resultados cálculos manuales con programa

de Diseño de Barras Flexibles 2009

133

IX

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1- Barra sencilla 33

Figura 2.2- Barra principal y de transferencia 33

Figura 2.3- Doble Barra 34

Figura 2.4- Doble Barra mas barra de transferencia 34

Figura 2.5- Doble Barra más By-pass o pase directo 35

Figura 2.6- Anillo 35

Figura 2.7- Interruptor y medio 36

Figura 2.8- Doble interruptor 36

Figura 2.9- Velocidad relativa del aire 44

Figura 2.10- Temperatura conductores de aluminio, aleación de aluminio y

ACSR en cortocircuito

47

Figura 2.11- Temperatura conductores de cobre y acero en cortocircuito 48

Figura 2.12- Presión atmosférica 53

Figura 2.13- Teorema de imágenes 55

Figura 2.14- Longitud de sub-vanos 60

Figura 2.15- Factor m 63

Figura2.16- Factor de respuesta de ráfaga para conductores categoría de

exposición c

67

Figura2.17- Carga resultante sobre un cable con sobrecargas simultáneas de

hielo y viento

72

Figura 2.18- Conductores con cargas concentradas 73

Figura 2.19- Rango de movimiento de conductores flexibles durante un

cortocircuito

75

X

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Figura 2.20- Trayectoria parabólica aproximada de un conductor con apoyos

a nivel

77

Figura 2.21- Trayectoria parabólica aproximada de un conductor con apoyos

a desnivel

78

Figura 2.22- Convención de dimensiones de conductor y cadenas 80

Figura 4.1- Ventana de presentación para la instalación del software 109

Figura 4.2- Ventana de bienvenida a la instalación del software 109

Figura 4.3- Ventana con botón para inicio de la instalación del software 110

Figura 4.4- Ventana para la selección del grupo de programas para la

instalación de Diseño de barras flexibles 2009

111

Figura 4.5- Ventana con indicador del progreso de la instalación del software

Diseño de barras flexibles 2009

111

Figura 4.6- Ventana que indica el fin de la instalación del software Diseño de

Barras Flexibles 2009

112

Figura 4.7- Ventana principal del software Diseño de Barras Flexibles 2009 112

Figura 4.8- La barra de Menú del software Diseño de Barras Flexibles 2009 113

Figura 4.9- Menú ‘Archivo’ desplegado, donde se muestran todos sus

comandos

114

Figura 4.10- Ventana de diálogo común del sistema operativo Windows 115

Figura 4.11- Ventana de confirmación para guardar en disco los datos

insertados o modificados

117

Figura 4.12- Menú ‘Insertar’ desplegado mostrando sus comandos 117

Figura 4.13- Menú ‘Calculadora’ mostrando sus respectivas opciones 118

XI

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Figura 4.14- Barra de herramientas principal del software Diseño de Barras

Flexibles 2009

119

Figura 4.15- Área de la ventana principal donde se insertan los datos del

sistema de potencia

120

Figura 4.16- Botón ‘Aceptar’, el cual aparece en varias ventanas del software

Diseño de Barras Flexibles 2009

120

Figura 4.17- Botón ‘Cancelar’, el cual aparece en varias ventanas del

software Diseño de Barras Flexibles 2009

121

Figura 4.18- Ventana para la inserción de funcionamiento 122

Figura 4.19- Ventana para la inserción de datos de la Barra 124

Figura 4.20- Ventana para la inserción de datos de Condiciones Ambientales 125

Figura 4.21- Corrección del Nusselt 126

Figura 4.22- Ventana para la inserción de datos de Datos adicionales 126

Figura 4.23- Tabla de resultados de los valores calculados seleccionados 128

Figura 4.24- Ventana ‘Ayuda’ mostrando la ficha ‘Generales’ 129

Figura 4.25- Tabla comparativa de cálculos 129

XII

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INDICE DE APÉNDICES

Apéndice A: Cálculo de Cadena de Aisladores 146

Apéndice B: Temperatura Superficial del Conductor 151

Apéndice C: Efecto Corona 158

Apéndice D: Carga Total Resultante 168

XIII

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INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de grado surge de la necesitad de disponer herramientas de

apoyos para facilitar las actividades de diseño involucradas en la selección de los

elementos que integran el sistemas de barras flexibles de una subestación eléctrica;

debido a que en las mismas deben ser considerados los aspectos eléctricos de

funcionamientos normal y en condiciones de fallas, y los meteorológicos, como son: la

velocidad del viento, temperatura ambiente, radiación solar, altitud, presencia del hielo,

entre otros, así como las condiciones sísmicas de las zonas que afectan las

características mecánicas y las flechas de los conductores.

En vista de que son muchas variantes a considerar, el proceso de diseño es

complejo y está asociado al uso de muchas ecuaciones matemáticas y selección de

parámetros, que implican un proceso de cálculo engorroso, tedioso, repetitivo y extenso

que deben ser ejecutado para satisfacer las exigencias eléctricas y mecánicas que

deben poseer los conductores flexibles y aisladores, conjuntamente con los soportes de

los juegos de barras de una subestación.

Por tal motivo, el objetivo de esta investigación fue elaborar un software para el

diseño de barras flexibles para subestaciones eléctricas asistido por computadora:

utilizando el método de cálculo propuesto por la normativa vigente, ara disponer de una

herramienta de apoyo en dicho complicado proceso.

Para cumplir con este objetivo, la investigación se desarrolló en cuatro

capítulos. En el primer capítulo, denominado El Problema, se presenta la motivación de

la investigación, se perfilan los objetivos específicos, se resalta justificación y la

importancia, así como la delimitación de la misma.

En el Capítulo II: titulado Marco Teórico, se incluye los antecedentes que

sirvieron de plataforma, al igual se describe detalladamente el procedimiento

establecido para el diseño apropiado de una barra flexible, de acuerdo a los requisitos

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establecidos en las normas que rigen las instalaciones de una subestación eléctrica; así

como los aspectos de funcionamiento que la misma debe satisfacer.

En el tercer capítulo, se hace referencia al marco metodológico, abarcando el tipo

y diseño de la investigación utilizada, la descripción de la población y la muestra, las

técnicas de recolección de datos, y las fases en las cuales fue dividida la investigación ;

a fin de seguir un procedimiento científico sistemático y organizado para cumplir los

objetivos específicos planteados.

En el cuarto capítulo denominado Análisis e Interpretación de Resultados, se

identifica el proceso de cálculo para el diseño de barras flexibles de subestaciones

eléctricas, se llevó a cabo un proceso de análisis de lo establecido en la norma vigente,.

Para identificar este proceso se seleccionó un ejemplo que fue desarrollado mediante

cálculos manuales, aplicando el mencionado método de cálculo establecido por

bibliografías reconocida internacionalmente aplicado en diseño de barras flexibles, que

permitió precisar los requerimientos del software y la filosofía del mismo, dividiéndolos

en tres módulos; a partir de estos elementos se selecciono la plataforma computacional

y el lenguaje de programación para elaborar las pantallas con sus correspondientes

algoritmos y codificación lográndose la herramienta computacional que facilita el diseño

de barras flexibles.

El cabal funcionamiento fue comprobado mediante la comparación de resultados

arrojados por el programa con cálculos realizados manualmente en casos de estudios

previamente seleccionados.

Finalmente se exponen las conclusiones y recomendaciones de la investigación,

complementados con diversos anexos, apéndices, diagramas, entre otros.

DERECHOS RESERVADOS

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CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

1.1-PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La generación de energía eléctrica se lleva a cabo mediante técnicas muy

diferentes, las que suministran las mayores cantidades y potencias de electricidad

aprovechan un movimiento rotatorio para generar corriente continua en un dinamo o

corriente alterna en un alternador. La generación de energía eléctrica es una actividad

humana básica, ya que está directamente relacionada con los requerimientos actuales

del hombre. Todas las formas de utilización de las fuentes de energía, tanto las

habituales como las denominadas alternativas o no convencionales, agreden en mayor

o menor medida el ambiente, siendo de todos modos la energía eléctrica una de las que

causan menor impacto.

Los problemas que tiene la electricidad para su almacenamiento y transporte a

largas distancias, son retos técnicos aún no resueltos de forma suficientemente eficaz.

La demanda de energía eléctrica de una ciudad, región o país tiene una variación a lo

largo del día. La generación de energía eléctrica debe seguir la curva de demanda y, a

medida que aumenta la potencia demandada, se debe incrementar el suministro.

Esto conlleva el tener que iniciar la generación con unidades adicionales,

ubicadas en la misma central o en centrales reservadas para estos períodos. La

generación simplemente es transformar alguna clase de energía no eléctrica, sea ésta

química, mecánica, térmica o luminosa, entre otras, en energía eléctrica. Para la

generación industrial se recurre a instalaciones denominadas centrales eléctricas, que

ejecutan alguna de las transformaciones citadas, éstas constituyen el primer escalón del

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sistema de suministro eléctrico. La misma central eléctrica busca transferir su energía a

otras subestaciones, a través de una línea de transmisión, que es una estructura

material utilizada para dirigir la transmisión de energía en forma de ondas

electromagnéticas, comprendiendo el todo o una parte de la distancia entre dos lugares

que se comunican.

Ahora bien, una subestación eléctrica es usada para la transformación de la

tensión o para distribuir el flujo de la energía eléctrica. Las subestaciones eléctricas

elevadoras se ubican en las inmediaciones de las centrales eléctricas para aumentar la

tensión de salida de sus generadores. Cerca de las poblaciones y de los consumidores,

se encuentran las subestaciones eléctricas reductoras que reducen el nivel de tensión

para que sea apto para su uso por medianos consumidores (fábricas, centros

comerciales, hospitales, entre otros). Dicha reducción tiene lugar entre tensiones de

transmisión a tensiones de distribución.

Los elementos principales de una subestación eléctrica, se clasifican en tres

categorías: equipos de patio; es decir, conjunto de equipos y barrajes que tienen el

mismo nivel de tensión y están localizados en el mismo sector o área de la subestación

equipos de tableros y servicios auxiliares, además requiere de un conjunto de

estructuras y soportes que facilitan la llegada y salida de las líneas. También poseen

adecuados sistemas de apantallamiento y contra sobretensiones asociados a una malla

de tierra, así como diferentes tipos de aisladores, una amplia variedad de conectores

para la unión de elementos, al igual que barras colectoras en donde convergen los

flujos de potencia dispuestas en formas diversas según la configuración de la estación.

En cuanto a los tipos de barras se pueden mencionar a las barras rígidas y las

barras flexibles. Las barras rígidas de una subestación son fabricadas con tubos o

barras metálicas que son sostenidas con aisladores rígidos. Este tipo de barra podría

tener forma de una construcción de puente de autosoporte en algunos casos; y las

barras flexibles, son aquellas fabricadas por un material dúctil, las cuales se pueden

elongar debido a su flexibilidad.

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- 22 -

Para los tipos de barra en subestaciones se pueden mencionar varios tipos de

materiales de los cuales se construyen como: conductores de cobre, aluminio, aleación

de aluminio o ACSR, los cuales deben garantizar condiciones mecánicas apropiadas

para los vanos de instalación, soportar los esfuerzos electrodinámicos presentes en las

subestaciones y proveer un medio de transporte de corriente de capacidad adecuada

de acuerdo con los niveles de potencia que puedan considerarse en los sistemas de

alta y extra alta tensión.

Para seleccionar el tipo de barra más apropiado a las características de la

subestación, se deben considerar una variedad de factores como lo son: la temperatura

superficial de conductores flexibles para la cual se deben tener en cuenta dos aspectos,

el eléctrico y el meteorológico, siendo este un tema importante a ser tenido en cuenta,

ya que los parámetros meteorológicos influencian el estado térmico del conductor. El

proceso de selección del conductor depende del material y forma del mismo, los

aisladores y sus accesorios, las distancias entre apoyos y entre fases, buena

conductividad eléctrica, alta capacidad de corriente, buena resistencia en cortocircuitos,

débil intensidad de campo exterior (efecto corona), superficies lisas, excelente

resistencia a la corrosión.

Por otra parte, el diseño se hace basándose en los esfuerzos estáticos y

dinámicos a que están sometidas las barras, y de acuerdo a las necesidades de

conducción de corrientes y la disposiciones físicas, calentamiento por efecto joule,

calentamiento solar, enfriamiento por convección, enfriamiento por radiación, aumento

de temperatura en conductores (flexibles en aire) y densidad de corriente en

cortocircuito, efecto corona en conductores, espaciamiento entre haces de conductores,

evaluación de cargas, cálculo de tensiones mecánicas y flechas en conductores

flexibles, flecha máxima, capacidad de resistencia de la barra, además, el cálculo de

esfuerzo electromecánico, efecto del viento sobre el conductor , efectos sísmicos, la

flexión máxima de la barra, momento máximo de flexión, la capacidad de resistencia del

conductor y los efectos de la carga de hielo.

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El procedimiento de cálculo de barras, implica el uso de ecuaciones con variedad

de constantes que se obtienen de la información suministrada por fabricantes de

conductores eléctricos y aisladores, al igual que otros para considerar los efectos

térmicos, sísmicos entre otros Para el cálculo de la temperatura de los conductores se

deben tener en cuenta dos aspectos, el eléctrico y el meteorológico, siendo este un

tema importante a ser tenido en cuenta, ya que los parámetros meteorológicos

influencian el estado térmico del conductor., éste está afectado principalmente por la

velocidad del viento, su dirección y turbulencia, la temperatura ambiente y la radiación

solar. Generalmente en este proceso, es necesario verificar que ciertos parámetros

cumplan especificaciones previamente definidas, apegadas a la correspondiente

normativa, y por ello, es usual repetir cálculos hasta lograr satisfacer los criterios

preestablecidos.

Por ende, el tiempo de cálculo global para diseñar una subestación es

sumamente alto; y es lo que hace plantear la interrogante sobre si se podrá disminuir

este tiempo, para aprovecharlo en otros tipos de estudios o actividades intrínsecas de la

ingeniería de diseño.

Es por todo lo antes expuesto, que se propuso este trabajo especial de grado

para desarrollar un software que facilite el proceso de diseño de las barras flexibles de

una subestación eléctrica, sistematizando el amplio y tedioso conjunto de

consideraciones técnicas y cálculos asociados, garantizando la precisión de los

mismos, y asegurando el cumplimiento de lo establecido en las normas vigentes que

rigen a este tipo de instalaciones eléctricas.

1.2- FORMULACIÓN DE PROBLEMA:

Según lo antes planteado, se desea conocer:

¿Cuál es el procedimiento requerido para el diseño apropiado de

una barra flexible, de acuerdo a los requisitos establecidos en las normas que

rigen las instalaciones de una subestación eléctrica?

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¿Cómo se realiza un software apropiado para el diseño de barras

flexibles, de acuerdo a los requisitos establecidos en las normas que rigen las

instalaciones de una subestación eléctrica?

1.3-OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1- OBJETIVO GENERAL

Elaborar un software para el diseño de barras flexibles para subestaciones

eléctricas asistido por computadora.

1.3.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar el proceso de cálculo establecido en la normativa vigente para

el diseño de barras flexibles de subestaciones eléctricas.

Definir los requerimientos del software en función del procedimiento de

diseño establecido para barras flexibles de subestaciones eléctricas.

Definir la filosofía de operación del software para el diseño de barras

flexibles de subestaciones eléctricas.

Seleccionar la plataforma computacional para el desarrollo del software.

Desarrollar el software en la plataforma computacional seleccionada.

Comprobar el funcionamiento del software.

1.4- JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Este trabajo surge por el hecho de que aportará una solución válida desde el

punto de vista técnico y operativo, debido a que se tendrá como producto un software

para el diseño de barras flexibles de una subestación. Esta investigación enriquecerá

los conocimientos del autor en lo referente al diseño de barras flexibles, permitiéndole

fortalecer la formación académica asociada a esta línea de investigación, así como

desarrollar destrezas para enfrentar el futuro desempeño profesional.

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Al ser conocedor y estar vinculado con esté proceso del diseño del software para

el diseño de barras flexibles para subestaciones eléctricas asistido por computadora, se

tiene la finalidad de expandir y descubrir los diversos componentes para su aplicación,

aprobación y validez en el área. Entonces, se buscará conocer el beneficio que este les

puede brindar a los trabajadores en el área de la ingeniería eléctrica, ya que su creación

beneficiará el trabajo de los ingenieros, dedicados a este proceso, ya que busca reducir

el tiempo empleado para el procedimiento del diseño de una subestación eléctrica;

además de motivarlos en la realización de otros diseños, tal y como podría ser la misma

barra rígida, el apantallamiento, la malla a tierra, distancias de seguridad, entre otras,

para buscar la automatización total del diseño de una subestación eléctrica.

De igual manera, con el software se podrá tener mayor garantía de la validez de

los elementos seleccionados, pues habrá mayor precisión en los cálculos y el fiel

cumplimiento de la normativa vigente, ya que de los mismos se minimiza la incidencia

del factor humano.

1.5. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

La presente investigación se delimitará de la siguiente manera:

1.5.1- DELIMITACIÓN ESPACIAL

La investigación se realizó en la Universidad Rafael Urdaneta, Sede Vereda del

Lago, ubicada en la Avenida 2, el Milagro con calle 86, de la Ciudad de Maracaibo

Estado Zulia.

1.5.2- DELIMITACIÓN TEMPORAL

Esta investigación se realizó en el lapso comprendido entre el mes de Mayo de

2009 hasta Diciembre de 2009.

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1.5.3- DELIMITACIÓN CIENTÍFICA

La presente investigación está enmarcada en el ámbito de la Ingeniería

Eléctrica, dentro del área de Potencia, y será desarrollado dentro de la Sub- área de

Subestaciones Eléctricas.

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.

En relación con el desarrollo de la presente Tesis, se consultaron algunos

trabajos, los cuales han servido de apoyo a la misma realizadas en la ciudad de

Maracaibo-Venezuela.

Hernández y Taborda, (2000), realizaron el trabajo especial de grado

titulado: “Desarrollo de un software educativo para la cátedra Teoría Electromagnética”

Escuela Ingeniera Computación de la Universidad DR. Rafael Belloso Chacin.

El objetivo general consistió en desarrollar un software educativo para la cátedra

Teoría electromagnética I, los objetivos específicos fueron analizar la situación de la

esta cátedra, determinar los requerimientos para la construcción del software,

esquematizar el proceso de diseño del software educativo y materializar el software

educativo siguiendo la metodología escogida de acuerdo a los requerimientos

propuestos.

La investigación se definió de tipo descriptiva y tipo aplicada, ya que tiene como

objetivo principal presentar la solución de un problema en un periodo corto. La

metodología utilizada para la elaboración del software educativo, fue un hibrido

considerando la proposición de Montilva (1995) llamada metodología estructurada para

el desarrollo de sistemas de información (ME.DSI); por otra parte se optó por la

metodología del Dr. Pere (1998) titulada metodología para la elaboración de software

educativo. Otro apoyo metodológico fue la de Brian, citado por Vaughan(1995), donde

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selecciona fase de análisis, por último el estudio de la metodología de Castro(1996)

denominado metodología para el desarrollar un proyecto multimedia empleada

específicamente en la fase de construcción del software Para el desarrollo de la

investigación se revisaron varios autores tales como: Vaughant y Castro, Álvarez, R.,

obteniendo como resultado un sistema de autoaprendizaje, desarrollado en Macromedia

author ware 4.0 que motiva el interés por parte del alumno. Teniendo un esquema de

construcción del software el cual se plantea:

Fase 1: Definición del Proyecto: comprende la fase inicial del proyecto, que

motivan el desarrollo del software; Fase 2: Análisis: donde se determina un estudio

formal del ambiente objeto de la implantación del software y estudian condiciones

necesarias para el software y desarrollo del mismo. Se divide en 3 etapas: análisis de

destinatarios, análisis del ambiente, análisis de contenido; Fase 3: Diseño detallado:

donde se desarrollan las siguientes especificaciones: mapas de navegación, pantallas

principales y pantallas de esquemas, menús, guion de reproducción, actividades

interactivas que poseerá el software; Fase 4: Construcción del software: una vez

establecido el diseño completo, se comienza la construcción del software, donde se

propone construcción de archivos y vinculación con los mismos; Fase 5: Pruebas del

software: la misma se refiere a la realización de pruebas para verificar el buen

funcionamiento del sistema tratando después todas las fallas.

Esta fase trata de lo que son las pruebas del subsistema, donde trabaja con la

interfaces entre los programas para detectar problemas de intercambio de datos,

archivos, parámetros, y asegurar que pueda ejecutar en el orden y secuencia requerida.

Este trabajo resulta relevante para esta investigación, debido a que se busca

diseñar un software para el diseño de barras flexibles para subestaciones eléctricas

asistido por computadora, y la metodología empleada sirvió como esquema

fundamental para el desarrollo del software.

Otra investigación utilizada como antecedente es la de Ortigoza Ruiz, Ernesto

Rafael. Salcedo, Diannorah María, (1995), en su trabajo especial de grado “Diseño de

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Mallas de tierras en Subestaciones de alta y mediana Tensión con ayuda del

computador digital y un nuevo algoritmo computacional”. Universidad del Zulia.

Facultad de Ingeniería. Escuela de Eléctrica 1995.

El objetivo general de este trabajo fue la elaboración de un programa para

computadoras utilizando el lenguaje Turbo C++ el cual se aplicara en el diseño y

estudio de los sistemas de puesta a tierra bajo condiciones de fallas, los objetivos

específicos fueron calculo y construcción de la matriz de resistencias propias y mutuas

de los conductores que se forman parte de la malla, Calculo de la distribución de

corriente en cada uno de los conductores de la malla, elevaciones de potencial de la

malla con respecto a tierra remota (GPR) y resistencia de entrada de la malla de puesta

a tierra a Calculo de las elevaciones de potencial, voltaje de toque y voltajes de pasos

en cualquier punto de la superficie sobre la malla de tierra.

La investigación es de tipo descriptiva y de tipo aplicada, ya que tiene como

objetivo principal presentar la solución de un problema particular de Pequiven aplicarle

el programa según la norma IEEE. La metodología que utilizaron fue en base a la

investigación elaborada por Mukhedar, D, Dawalibi, F y Heppe, R. J los cuales

determinaron que métodos de análisis anteriores, como por ejemplo, el IEEE std-80,

enfrentan el problema de la determinación de los gradientes en la superficie asumiendo

que las corrientes son las mimas, tanto en los conductores que se encuentran en el

borde, como en el centro de la malla, lo cual no es cierto en la práctica y produce

resultados erróneos además los parámetros geométricos correspondientes a las mallas

deben situarse dentro de ciertos límites, los conductores a barras a deben estar

igualmente espaciadas o rectangulares.

Todas las limitaciones reseñadas arriba son superadas en el trabajo de grado,

puesto que en este se implementan adecuadamente los fundamentos teóricos de los

investigadores mencionados anteriormente. Para comprobar que el programa

funcionaba correctamente, se crearon los cálculos teóricos correspondientes a una

malla de tierra de cuatro conductores y se confrontaron con los resultas arrojados por el

programa; también se compararon los resultados producidos por el programa

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desarrollado con los obtenidos mediante el programa “EDSA” analizar dos mallas de

puesta a tierra localizadas en Pequiven.

Este trabajo especial de grado, sirvió de ayuda para establecer los requerimientos

y especificaciones técnicas para el desarrollo de un manual del programa realizado para

el entendimiento del usuario, además aporta metodologías para seguir los pasos

necesarios para la programación de un software.

En otra investigación de Barrios Gonzales, Román Enrique y Márquez Luzardo

Lisbeth Carolina María, (2007) en el trabajo de grado “Diseño asistido por

computadoras para cálculos de instalaciones eléctricas a nivel residencial”

Maracaibo. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Eléctrica.

El objetivo general fue desarrollar una herramienta computacional en ambiente

Windows para el diseño de canalizaciones eléctricas a nivel residencial, que permita

cumplir con las exigencias de tiempo y aumente la eficiencia de los resultados, los

objetivos específicos fueron establecer todos los cálculos relacionados con

instalaciones eléctricas mediante revisión bibliográfica, realizar una revisión al lenguaje

de programación Matlab mediante consulta bibliográfica especializada, desarrollar

algoritmos para los cálculos de las instalaciones eléctricas y posteriormente

programarlos, validar la herramienta computacional diseñada comparando con

resultados obtenidos manualmente, así como con otros programas ya existentes,

elaborar el manual del usuario paquete diseñado, para facilitar el uso del mismo.

La investigación es de tipo aplicada, documental. Se desarrolló el programa Kner,

que permite el cálculo de instalaciones eléctricas residenciales unifamiliares y

multifamiliares de forma computarizada a través de la herramienta computacional

Matlab en su versión 7.0. Los criterios de diseño están basados en el CEN (Código

Eléctrico Nacional). Los análisis de resultados se realizaron mediante comparaciones

con ejemplos, algunos resueltos manualmente y otros a través de programas ya

realizados, agilizando de esta forma los laboriosos cálculos presentes en el diseño de

proyecto de canalizaciones eléctricas. Kner genera un informe de resultados a través de

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un archivo en formato Excel, el cual se puede guardar como un archivo texto e imprimir

al momento de finalizar el cálculo.

Este trabajo especial de grado, sirvió de ayuda para definir la metodología, debido

que tiene gran similitud en cuanto al desarrollo de algoritmos asociados a cálculos

laboriosos asistido por computadora, y también facilitando el proceso de selección del

método de programación.

2.2- BASES TEÓRICAS

Esta investigación se sustentará en CIGRE Study Committee 23 (Substations)

Working Group 23-11 (Substations and Environnement) ESCC Task Force (Effects of

Short-Circuit Currents) (1996), en la IEC Publicación 865. Calculation of the Effects of

Short- Circuit Currents. Geneve: IEC, (1986) y RAMÍREZ, C. (1989) Subestaciones de

Alta Y Extra Alta Tensión.

2.2.1 SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Una subestación eléctrica es la exteriorización física de un nodo de un sistema

eléctrico de potencia, en el cual la energía se transforma a niveles adecuados de

tensión para su transporte, distribución o consumo, con determinados requisitos de

calidad. Está conformada por un conjunto de equipos utilizados para controlar el flujo de

energía y garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automáticos de

protección.

Una subestación puede estar asociada con una central generadora, controlando

directamente el flujo de potencia al sistema, con transformadores de potencia

convirtiendo la tensión de suministro a niveles más altos o más bajos, o puede conectar

diferentes rutas de flujo al mismo nivel de tensión. Algunas veces una subestación

desempeña dos o más de estas funciones.

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Básicamente una subestación consiste en un número de circuitos de entrada y

salida, conectados a un punto común, barraje de la subestación, siendo el interruptor el

principal componente de un circuito y complementándose con los transformadores de

instrumentación, seccionadores y pararrayos, en lo correspondiente a equipo de alta

tensión, y con sistemas secundarios como son los de control, protección,

comunicaciones y servicios auxiliares. Entre los tipos de configuraciones se pueden

mencionar:

Barra sencilla (Figura 2.1)

Barra sencilla Fuente: Ramírez (1994)

Barra principal y de Transferencia (Figura 2.2)

Barra principal y de transferencia Fuente: Ramírez (1994)

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Doble barra (Figura 2.3)

Doble Barra Fuente: Ramírez (1994)

Doble barra mas barra de transferencia (Figura 2.4)

-Doble Barra mas barra de transferencia Fuente: Ramírez (1994)

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Doble barra mas BY-PASS (Figura 2.5)

Doble Barra mas By-pass o pase directo Fuente: Ramírez (1994)

Anillo (Figura 2.6)

Anillo Fuente: Ramírez (1994)

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Interruptor y medio (Figura 2.7)

Interruptor y medio Fuente: Ramírez (1994)

Doble interruptor (Figura 2.8)

Doble interruptor Fuente: Ramírez (1994)

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2.2.2 CARGAS

Son todas aquellas acciones que son producidas por diferentes fenómenos

físicos, tales como: efectos gravitacionales (cargas de peso propio y hielo), viento,

sismo y cortocircuito.

2.2.3 ESFUERZO

Efecto de la carga sobre la sección transversal de .un cuerpo, intensidad de

fuerza por unidad de área.

2.2.4 FLECHA

Deformación de un cuerpo por efecto de las cargas que actúan sobre él.

2.2.5 TEMPERATURA MÁXIMA

Valor más alto de la temperatura a la cual operan los conductores o barras sin

modificar sus propiedades electromecánicas.

2.2.6 BARRAJE

Punto común de conexión de los diferentes circuitos asociados a una

subestación (nodo del sistema).

Tipos de barras:

Barra rígida: son fabricadas con tubos o barras metálicas que son sostenidas

con aisladores rígidos. Este tipo de barra podría tener forma de una construcción de

puente de autosoporte en algunos casos.

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Barra flexible: son aquellas fabricadas por un material dúctil, las cuales se

pueden elongar debido a su flexibilidad sin producir su fractura. Algunos materiales de

barras flexibles son:

AAC: conductor de aleación de aluminio.

ACAR: conductor de aleación de aluminio reforzado.

ACSR: conductor de aluminio reforzado con acero.

A continuación se establecen los criterios que se deben tener en cuenta para la

correcta selección de conductores en subestaciones de alta y extra alta tensión. Para

las conexiones en subestaciones se pueden considerar conductores de aluminio,

aleación de aluminio o ACSR, los cuales deben garantizar condiciones mecánicas

adecuadas para los vanos de instalación, soportar los esfuerzos electrodinámicos

presentes en las subestaciones y proveer un medio de transporte de corriente de

capacidad adecuada de acuerdo con los niveles de potencia que puedan considerarse

en los sistemas de alta y extra alta tensión. Es de anotar que, en subestaciones de alta

y extra alta tensión, es muy limitado el uso de conductores de cobre.

En algunas subestaciones pueden requerirse conexiones especiales (paso sobre

vías de mantenimiento de equipos, por ejemplo), diseño en áreas restringidas y, por

ende, con anchos de campos reducidos o corrientes nominales y de cortocircuito

elevadas, lo que implica la utilización de barras rígidas (tubos de aluminio o aleación de

aluminio).

Las características principales que se buscan en un conductor, bien sea cable o

conductor tubular, son las siguientes:

Buena conductividad eléctrica

Alta capacidad de corriente

Buena resistencia en cortocircuitos

Débil intensidad de campo exterior (efecto corona)

Superficies lisas

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Excelente resistencia a la corrosión

Ligereza (conductores tubulares).

En la Tabla 2.1 se presentan las principales características físicas de los metales

cobre, aluminio, acero y aleación de aluminio reforzado de acero (ACSR), las cuales

son necesarias para la selección adecuada de los conductores hechos de estos

materiales.

Tabla 2.1.- Características materiales

Descripción Unidad Cobre (Cu) Aluminio(AL) ACSR Acero

Resistividad a 20°C Ω/m 1,7x1 0-8 3,4x10-8 7 x10-5 2,9x10-8

Capacidad térmica específica

a 20°C(ς )

J/kg °C 390 910 910 480

Densidad (ρ ) kg/m3 8900 2700 2700 7850

Coeficiente de variación de resistencia con la temperatura

( 20α )

1/°C 0,00393 0,004 0,004 0,045

Coeficiente de expansión

lineal

1/°C 16,8 x10-6 23,0 x10-6 23,0 x1 0-6 11,5 x10-6

Módulo de Young típico (conductores entorchados)

N/m2 12,0 x1010 6,0 x1010 6,0 x1010 21,Ox101O

Conductividad específica a 20°C (K20)

1/Ωm 56 x106 34,8 x106 34,8 x1 06 7,25 x106

Temperatura más elevada del material durante cortocircuito

°C 200 200 200 300

Fuente: Ramírez (1994)

2.2.7 Corriente asignada

En la determinación de la capacidad de corriente de los conductores de una

subestación fe deben tenerse en cuenta los siguientes factores: corriente de la carga,

temperatura ambiente, velocidad de viento y radiación solar. La determinación de la

temperatura límite de los conductores se hace necesaria para garantizar que: no se

excederá la temperatura límite de diseño de los cables, establecida de acuerdo con las

normas internacionales (70°C para conductores de cobre y 80°C para conductores de

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aluminio, de acuerdo con la norma DIN 48201 (1981a, 1981b, 1981c, con el objeto de

no alterar las propiedades mecánicas del material.

Las flechas de los conductores en condiciones de máxima temperatura

permanecerán dentro de límites tales que no permitan disminución de las distancias

eléctricas de seguridad entre fases o a tierra, de tal forma que no se produzcan flámeos

durante condiciones de viento o cortocircuito.

a) Temperatura superficial de conductores flexibles

Para el cálculo de la temperatura de los conductores se deben tener en cuenta

dos aspectos, el eléctrico y el meteorológico, siendo este un tema importante a ser

tenido en cuenta, ya que los parámetros meteorológicos influencian el estado térmico

del conductor. Éste está afectado principalmente por la velocidad del viento, su

dirección y turbulencia, la temperatura ambiente y la radiación solar.

Para el cálculo de la temperatura en el conductor se recurre a un balance de

energía [CIGRÉ (1992)], balance que sólo es posible si se trabaja con la premisa de

que la corriente de carga es la misma, tanto para corriente alterna como para corriente

directa a igual temperatura del conductor. Este balance está dado por:

pg Q Q 2.1Ecuación

wreismj P P P P P P P 2.2Ecuación

Donde:

Qg: Calor ganado

Qp: Calor perdido

Pj: Calentamiento por Efecto Joule

Pm: Calentamiento por efecto magnético

Ps: Calentamiento solar

Pi: Calentamiento por efecto corona

Pe: Calentamiento por convección

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Pr: Calentamiento por radiación

Pw: Calentamiento por evaporación

El calentamiento por efecto corona es únicamente significativo con gradientes

superficiales de tensión elevados, los cuales se presentan durante lluvias y alto viento

que es cuando el enfriamiento por convección y evaporación es elevado. Para casos

prácticos, el calentamiento por efecto corona se considera nulo (Pi=0). El calentamiento

por efectos magnéticos es debido a la presencia de flujos magnéticos los cuales

producen calentamiento debido a la generación de corrientes de Eddy, histéresis y

viscosidad magnética; este fenómeno solo ocurre en corriente alterna y puede

considerarse no significativo (Pm =0).

Debido a que el enfriamiento por evaporación no es alterado significativamente

por el vapor de agua presente en el aire o con las gotas de agua, se considera no

significativo (Pw= 0). Con las anteriores premisas, la ecuación de balance de energía se

convierte en:

resj P P P P 2.3Ecuación

Calentamiento por Efecto Joule

El calentamiento por efecto Joule (debido a la resistencia del conductor), está

dado por la siguiente relación:

m W/ 20)], - (T α[1 R I kP avcd2

jj 2.4Ecuación

Donde:

: Coeficiente de temperatura de la resistencia, K-1

avT : Temperatura media superficial del conductor, C°

cdR : Resistencia del conductor, Ω/m

I: Corriente directa a través del conductor, A

jk : Factor de efecto pie, jk = 1.0123

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Calentamiento Solar:

Para el cálculo del calentamiento solar se emplea la fórmula siguiente:

m W/ D, S P s s 2.5Ecuación

Donde:

s : coeficiente de absorción de la superficie del conductor, que varía entre 0,27 para

conductores nuevos de aluminio trenzado y 0,95 para conductores expuestos a ambientes

industriales. Para otro tipo de propósitos el valor de 0,5 puede ser utilizado.

S: radiación solar, W/m2, valor obtenible de los mapas de brillo y radiación solar de la zona de

instalación de la subestación. En general, para subestaciones en el trópico, puede utilizarse un

valor de 1150 W/m2.

D: diámetro exterior del conductor, m.

Enfriamiento por Convección:

Para el cálculo del enfriamiento por convección se utilizan ciertas constantes que

permiten estimar la transferencia de calor por convección. El enfriamiento por

convección está dado por la siguiente expresión:

m W / ,Nu TTλ πP asf e 2.6Ecuación

Donde:

fλ : Conductividad técnica del aire, W/mK

Ta: temperatura ambiente, C°

Ts: temperatura superficial del conductor, C°

NU =90: número de Nusselt a 90°.

Para determinar los valores de fλ y Nu se deben emplear las siguientes relaciones:

m W / , T 107.2x 102.42x λ f5-5

f 2.7Ecuación

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C , TT 0.5 T asf 2.8Ecuación

Siendo f T la temperatura de capa.

R BNU ηe190δ 2.9Ecuación

Donde los valores de las constantes B1 y dependen del número de Reynolds y de la

rugosidad de la superficie del conductor, la cual está dada por:

dD

d R f 22

2.10Ecuación

VD

R re 2.11Ecuación

or

o H 0 1 x 1.16

r

4

eρ 2.12Ecuación

/sm, T 10 x 9.5 10 x 32 1.υ 2f

85 2.13Ecuación

Donde:

d: diámetro de un hilo del conductor, m

D: diámetro del conductor, m

Re: número de Reynolds

V: velocidad del viento, m/s (para subestaciones nuevas V =0,5 m/s)

H: altura sobre el nivel del mar, m

: Densidad del aire en el sitio

o: densidad del aire a nivel del mar

r: densidad relativa del aire; en la Figura 2.9 se ilustra la variación de la densidad relativa del

aire con la altura

υ: Viscosidad cinemática del aire, m2/s.

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- 44 -

En la tabla 2.2 se detallan los valores de las constantes asociadas al número de

Nusselt.

Tabla 2.2- Constantes B1 y [CIGRÉ (1992)]

Superficie Re B1

Desde Hasta

Superficies totalmente

trenzadas

102 2.65x103 0.641 0.471

Conductores trenzados con

Rf ≤0,05

>2.65x103 5x104 0.178 0.633

Conductores trenzados con

Rf > 0,05

>2.65x103 5x104 0.048 0.800

Fuente: Ramírez (1994)

Velocidad relativa del Aire (Figura 2.9)

Velocidad relativa del aire Fuente: Ramírez (1994)

El viento juega un papel importante en el cálculo del enfriamiento por convección,

por lo cual se pueden realizar algunas correcciones en el valor del número de Nusselt,

las cuales son función del ángulo de impacto del viento. Considerando las condiciones

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- 45 -

más desfavorables para un viento de baja velocidad (V < 0,5 m/s) puede tomarse un

factor de corrección del número de Nusselt de 0,55, así:

0 9 δ δ NU 0.55NU 2.14aEcuación

O, en su defecto, recurrir a las siguientes relaciones para el cálculo del número

de Nusselt Nu

1 m210 9 δ δ δSen BANU NU 2.14bEcuación

Donde:

: Ángulo de incidencia del viento, °

A1, B2, m1: constantes:

24<δ< 0 si

1.08 m

0.68 B

0.42A

1

2

1

90<δ 24 si

0.90 m

0.58 B

0.42A

1

2

1

Cuando se tenga que el viento fluye paralelamente al conductor, el valor del número

de Nusselt se obtiene como NU δ =0.42NU δ =90

Enfriamiento por Radiación:

Es suficientemente preciso obtener esta pérdida a partir de la siguiente relación:

W/m, 273T 273T σ D ξ P 4a

4sBr 2.15Ecuación

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- 46 -

Donde:

ξ: emisividad solar, depende del material; valor 0,27 para conductores nuevos y 0,95 para

conductores expuestos a ambientes industriales, el valor recomendado es de 0,5.

Bσ : constante de Stefan - Boltzmann, 5,6697x10-8 W/m2/K4.

En la ecuación de balance de energía se deben remplazar todos los términos

indicados anteriormente y, posteriormente, recurrir a iteraciones variando el valor de Ts,

hasta obtener que Qg =Qp, situación en la que se tendrá la temperatura superficial del

conductor.

b) Aumento de temperatura en conductores (flexibles en aire) y densidad de

corriente en cortocircuito:

El aumento de temperatura en el conductor a causa de un cortocircuito es función

del tiempo de duración del mismo, del equivalente térmico para las corrientes de corta

duración y del material del conductor [CIGRÉ (1996)]. Para el cálculo del aumento de

temperatura del conductor se supone que las pérdidas de calor durante un cortocircuito

son bajas y se considera que el calentamiento es adiabático. Dado lo anterior, es

necesario determinar la densidad de corriente soportada por el conductor, que a su vez

se refleja en el aumento de su temperatura superficial. Para ello se debe calcular la

densidad de corriente soportada en corto tiempo, así:

2

k1

thr A/m , t

K S 2.16Ecuación

20.5

b20

e20

20

0 2 /m As , 20θ α1

20θ α1ln

α

ρ ςKK

2.17Ecuación

Donde:

thr S : densidad de corriente soportada en corto tiempo, para 1 s, Alm2

K: factor de cálculo de la densidad de corriente thr S

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- 47 -

K20: conductividad específica, l/Qm

k1 t : tiempo duración cortocircuito, s

eθ : temperatura del conductor al final del cortocircuito, DC

bθ : temperatura del conductor al inicio del cortocircuito, DC

ς : capacidad térmica específica, J/kg °C

ρ : masa especifica, kg/m3

20α : coeficiente de variación de resistencia con la temperatura, 1/°C.

Los cuatro últimos datos corresponden a las constantes del material, dadas en la

Tabla 2.1. En las Figuras 2.10 y 2.11 se ilustra la variación de la temperatura del

conductor en cortocircuito en función de la densidad de corriente Sthr (para tkr = 1 s).

La densidad de corriente térmica equivalente 8thpara cualquier tiempo lb está dada en

función de la densidad de corriente de corta duración Sthr mediante la siguiente

ecuación.

2k1 thrth A/m ,

kt

t S S 2.18Ecuación

Temperatura conductores de aluminio, aleación de aluminio y ACSR en cortocircuito (Figura 2.10-)

Temperatura conductores de aluminio, aleación de aluminio y ACSR en cortocircuito

Fuente: Ramírez (1994)

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- 48 -

Temperatura conductores de cobre y acero en cortocircuito (Figura 2.11)

-

Temperatura conductores de cobre y acero en cortocircuito Fuente: Ramírez (1994)

2.2.8- BARRAJE DE CAMPO El calibre de los conductores que conforman el barraje de campo depende del límite

térmico del circuito de interconexión asociado (máxima cantidad de potencia que puede

transportarse por el circuito sin que los niveles de tensión caigan por debajo de niveles

deseados), los cuales son escogidos por la empresa de servicio.

2.2.9- BARRAJES COLECTORES Es imposible generalizar la capacidad de los barrajes colectores de una subestación

debido a que cada una de ellas es un caso diferente con respecto al flujo de corrientes

en sus barras y circuitos. Por este motivo, cada subestación debe ser estudiada

separadamente, previéndose todas las etapas de su crecimiento así como el flujo de

cargas en sus circuitos durante circunstancias normales y durante contingencias del

sistema.

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- 49 -

Por lo general, los circuitos en las subestaciones tienen flujos de carga

determinados, es decir, existe un flujo de energía de un área del sistema hacia otra,

pasando por subestaciones; estos flujos de energía pueden ir siempre en el mismo

sentido o pueden variar en forma periódica. Con base en esto, los circuitos se pueden

conectar a las barras colectoras de la subestación de tal manera que la capacidad de

estas sea la menor posible; así, algunas recomendaciones para la conexión de los

circuitos a las barras son las siguientes:

Conectar los circuitos de generación hacia el centro del barraje de la subestación.

Si es posible, alternar circuitos de carga (es decir, circuitos por los cuales la

energía, por lo general, sale de la subestación) con los circuitos de generación.

Colocar los circuitos de interconexión en los extremos de la subestación de tal

manera que no exista un flujo considerable entre los circuitos conectados en

extremos opuestos.

Alternar los circuitos de interconexión conectados de acuerdo con la dirección del

flujo normal, es decir, circuitos adyacentes deben tener flujos opuestos.

En subestaciones con dos circuitos por diámetro (por ejemplo interruptor y medio)

se debe tratar de que, con relación a la barra, tengan flujos de energía opuestos.

Cuando en subestaciones con configuraciones de doble barra se conectan los

circuitos alternadamente a las barras, debe preverse que no existan flujos

considerables de energía de una barra a la otra; en la conexión de un circuito a

una u otra barra se deben tener en cuenta las recomendaciones descritas en los

puntos anteriores.

Los equipos del campo de acople en configuraciones de doble barra deben tener

la misma capacidad de la barra colectora.

La barra de transferencia no es una barra colectora y por lo tanto se debe tratar

como una barra de campo. .

En subestaciones con configuración en anillo no existe una barra colectora como

en las demás configuraciones sino más bien un anillo colector formado por

equipos. La capacidad de estos y de los conductores que los conectan se debe

determinar abriendo el anillo en el punto de colocación de un interruptor y

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- 50 -

calculando la corriente que circularía en el resto de elementos; este

procedimiento se repite abriendo el anillo en los sitios de los demás interruptores

obteniéndose así la corriente máxima que circularía en cualquier caso de

apertura del anillo.

Una vez seleccionada la conexión de los circuitos a los barrajes colectores para

condiciones de flujo normal, se debe comprobar que esta conexión también es

válida para casos de contingencia.

Después de seleccionar la conexión de los circuitos a los barrajes colectores, se

procede a determinar la corriente máxima que circularía por cualquier tramo de la barra.

Es recomendable multiplicar dicha corriente por un factor de seguridad de por lo menos

1,15 para cubrir condiciones imprevistas.

2.2.10- EFECTO CORONA EN CONDUCTORES:

Una vez efectuada la selección del conductor por capacidad de corriente debe

verificarse que no se presente efecto corona. El efecto corona es una descarga

causada por la ionización del aire que rodea al conductor cuando éste se encuentra

energizado. Puede oírse un ruido tipo zumbido. El efecto es visible en la noche como

un resplandor de color violeta.

El efecto corona se debe al gradiente de potencial en la superficie de los

conductores y es dependiente del diámetro del conductor de fase. Los factores más

importantes que afectan las pérdidas por efecto corona son:

El diámetro del conductor

La rugosidad de la superficie del conductor

La humedad del ambiente y la altura sobre el nivel del mar en la cual se

encuentra la instalación.

En caso de que el gradiente de potencial en la superficie del conductor presente un

valor tal que se presenten pérdidas coronas considerables, se debe incrementar el

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radio del conductor o en su defecto utilizar un haz de conductores, de manera que el

radio equivalente sea alto y así disminuir el gradiente de potencial

a) CAMPO ELÉCTRICO DISRUPTIVO

El campo eléctrico disruptivo requerido (gradiente crítico) para que se presente

efecto corona puede expresarse por medio de la ecuación de Peek [IEC CISPR 18-1

(1982)]:

m / Kvrms ,

r ρ

0.308 1

2

m ρ 28.8x31E

r

ro

2.19Ecuación

Donde:

Eo: gradiente crítico disruptivo, kVp/m

Pr: densidad relativa del aire

r: radio del conductor, m

m: coeficiente superficial del conductor, puede ser calculado por la siguiente relación

Lg m m m 2.20Ecuación

mg: coeficiente geométrico del conductor

m L: coeficiente de limpieza del conductor.

Los valores típicos para estos coeficientes se ilustran en las Tablas 2.3 y 2.4 que se

presentan a continuación

Tabla2.3- Coeficiente Geométrico

Descripción mg

Conductores con sección completamente

circular

1,0

Conductores conformados con su capa de

conductores exterior entre 12 y 30

alambres

0,9

Conductores con capa exterior de 6

alambres

0,85

Fuente: Ramírez (1994)

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Tabla 2.4- Coeficiente de limpieza

Descripción ML

Conductores nuevos y limpios 0,9

Conductores viejos y limpios 0,8

Conductores viejos y sucios 0,7

Conductores cubiertos con gotas de agua 0,5

Fuente: Ramírez (1994)

El valor de Pr puede ser determinado por la relación:

ar T 273

b 0.392 ρ

2.21Ecuación

Donde:

b: presión atmosférica, mm de Hg

Ta: temperatura ambiente promedio anual, °C.

La presión atmosférica puede ser determinada en función de la altura sobre el

nivel del mar H, en metros, así:

Hg de mm , 10 b 6 3 3 8 1

H 2.881

2.22Ecuación

En la Figura 2.12 se ilustra la variación de la presión atmosférica con respecto a

la altura.

Presión atmosférica (Figura 2.12)

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Presión atmosférica Fuente: Ramírez (1994)

b) COEFICIENTES DE MAXWELL

La máxima carga eléctrica presente en un conductor está dada por la capacitancia

de las líneas que conforman la subestación, la cual, a su vez, está dada por la

diferencia de potencial entre dos conductores. En forma de ecuación, la capacitancia

puede ser determinada a partir de los coeficientes de Maxwell que relacionan la carga y

la diferencia de potencial entre los conductores [IEC CISPR 18-1 (1982), Grainger y

Stevenson (1994) y Electric (1975)].

V , Q P V 2.23Ecuación

Donde el valor de P (coeficientes de Maxwell), puede ser determinado por la

siguiente matriz:

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- 54 -

F / m ,

r

2hln

Ε π2

1

D

'Dln

Ε π2

1

D

'Dln

Ε π2

1

D

'Dln

Ε π2

1

r

2hln

Ε π2

1

D

'Dln

E π2

1

D

'Dln

E π2

1

D

'Dln

Ε π2

1

r

2hln

E π2

1

P

eq32

32

31

31

23

23

eq21

21

13

13

12

12

eq

2.24Ecuación

Donde:

E: permitividad del aire en espacio libre, 8,85x10-12 F/m

h: altura del conductor con respecto a tierra (altura del punto de conexión), m

En la práctica, la altura de los conductores varía con la flecha del vano, por lo

cual se debe realizar el cálculo de una altura equivalente, la cual puede ser hallada con

la siguiente relación:

m , Y 3

2 -h h cav

2.25Ecuación

Yc: flecha del vano, m

req :radio equivalente del haz de conductores; req= r cuando el número de conductores

por fase es uno, m

m , Rr n r n 1noeq

2.26Ecuación

Donde:

r: radio del conductor, m

Ro: radio del haz de conductores, m

n: número de conductores del haz

Q: carga superficial del conductor, C/m

Dij y Dij’: distancia directa entre conductores y su imagen, según la Figura 2.13, correspondiente

al teorema de las imágenes que varía según la disposición de los cables de la subestación.

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- 55 -

Teorema de imágenes (Figura 2.13)

-Teorema de imágenes Fuente: Ramírez (1994)

Para el cálculo de la capacitancia de los conductores se halla la matriz inversa de

la matriz de coeficientes de Maxwell.

F/m , P C -1 2.27Ecuación

c) TENSION FASE A TIERRA

Para el cálculo del efecto corona se toma el caso más crítico, el cual corresponde a

la tensión máxima a la cual el material puede ser sometido. Por lo cual se define la

tensión de referencia como:

Kv , 3

U U m

r 2.28Ecuación

Para sistemas trifásicos, la carga en la línea puede ser calculada a partir de la carga

sinusoidal imaginaria, la cual tiene en cuenta los desfases entre las ondas de tensión

del sistema:

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- 56 -

Kv ,

a

a

1

U

U

U

U

2

r

c

b

a

2.29Ecuación

De igual manera se pueden calcular las capacitancias:

F/m ,

a

a

1

C

C

C

C

2c

b

a

2.30Ecuación

Donde:

a: desfase entre las tensiones del sistema

2

3j

2

1a

2.31Ecuación

Por lo cual, la relación (2.30) se transforma en:

F/m ,

2

3j

2

1

2

3j

2

1

1

C

C

C

C

c

b

a

2.32Ecuación

De la relación anterior se pueden obtener los valores de Ca, Cb y Cc,

correspondientes a las capacitancias de fase del conductor y determinar el máximo

valor de la carga del conductor:

C/m,UCQ rmax 2.33Ecuación

Siendo Cmáx, el valor máximo entre Ca, Cb y Ce

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d) GRADIENTE SUPERFICIAL PROMEDIO

Para el cálculo del gradiente superficial promedio en conductores conformados por

más de un conductor, gav, se determina la carga total Q de los conductores y se aplica

el teorema de Gauss

/mKvrms ,rE π2n

Qg av 2.34Ecuación

Donde:

Radio del conductor, m.

Lo anterior supone que la carga total se encuentra uniformemente distribuida en

los conductores. Pero el efecto de apantal1arnientomutuo de un subconductor sobre

otro conlleva a un valor mayor del gradiente eléctrico, el cual puede ser obtenido por la

relación siguiente:

/mKv ,R

r 1n1gE

omax max

2.35Ecuación

Corno método alternativo en sistemas trifásicos para el cálculo del gradiente

eléctrico se puede recurrir a la siguiente relación:

/mKv ,

a4h

2h

r

arln

β

3

UE

24eq

m

2.36Ecuación

Donde:

a: separación de fases, m

r: radio del conductor, m

h: altura del conductor, m

ß: factor para múltiples conductores

req: radio equivalente del haz, m

n : número de conductores del haz

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- 58 -

Ra: radio del haz de conductores, m

n

R

r1n1

β o

2.37Ecuación

e) VERIFICACION EFECTO CORONA:

En la práctica, el valor más importante es Emax, pues de exceder éste al gradiente

crítico (Emáx>Ea) en un punto cualquiera sobre la superficie de los conductores,

comienzan allí las descargas del tipo corona. Por lo tanto, se debe cumplir que:

E <E omax 2.38Ecuación

o, en sistemas trifásicos E<E0

E <E o 2.39Ecuación

f) TENSION CRÍTICA

La tensión crítica disruptiva fase-tierra U0, siempre debe ser mayor que la tensión

del conductor fase a tierra, y está dada por la expresión:

Kvrms , UE

EU r

max

oo 2.40Ecuación

De donde se tiene que cumplir que Uo sea mayor que Ur:

U>U ro 2.41Ecuación

2.2.11- ESPACIAMIENTO ENTRE HACES DE CONDUCTORES:

La utilización de un número excesivo de espaciadores en un tramo de conexión

aumenta considerablemente los esfuerzos de tensión en las estructuras de soporte de

barrajes durante condiciones de cortocircuito. Experimentalmente se ha comprobado

que la selección de la posición de los espaciadores para cumplir el primero de los

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- 59 -

criterios expuestos permite el diseño de estructuras con esfuerzos de cortocircuito

longitudinales razonables.

El cálculo de la máxima longitud de subvano bajo condiciones de carga para haces

de conductores puede ser realizado como se indica a continuación. El modelo que se

emplea para la consideración de la longitud de los subvanos determina la deflexión del

mismo, debida al peso de los conductores y a las fuerzas electromagnéticas

producidas por las corrientes de carga, produciendo resultados aceptables para un haz

de dos conductores ordenados, horizontal o verticalmente y también para haces de

cuatro o más conductores.

Para cada caso, se supone que los conductores son idénticos y soportan igual

tensión y corriente. Se supone también que la geometría del haz es correcta para el

circuito sin carga y que ambos extremos del subvano están a la misma elevación. Los

resultados son aplicables a todos los subvanos sin error significativo. La base para este

diseño es la Figura 2.14, teniendo presente que los resultados experimentales han

demostrado la aplicabilidad de los cálculos. La fuerza electromagnética (no

dimensional) puede calcularse de acuerdo con la cantidad de subconductores n:

Para haces de dos conductores separados 2Z1:

21x

21

29

e ZT 2

X I 4.5x10 F

2.42Ecuación

Para haces de cuatro conductores en cuadro separados 2Z1:

2

1x

21

29

e ZT 2

X I 4.5x10 F

2.43Ecuación

Para haces de n conductores en un círculo de diámetro 2Z1:

2

1x

21

29

e ZT 2

X 1-n 4.5x10 F

2.44Ecuación

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- 60 -

Donde:

I: corriente de carga (valor eficaz), A

2Z1: separación entre conductores del haz, m

Tx: tensión de cada conductor del ház, daN

2X1: longitud del subvano, m.

Longitud de subvanos (Figura 2.14)

Longitud de subvanos Fuente: Ramírez (1994)

El procedimiento de cálculo consiste entonces en asumir una longitud del

subvano y con los datos del barraje calcular Fe y W para encontrar el valor 2Z2 con el

cual puede determinarse si haya no colapso de los subconductores para las

condiciones de carga, debiendo cumplirse entonces:

D22Z 2 2.45Ecuación

2.2.12 CÁLCULO DE ESFUERZOS ELECTROMECÁNICOS EN BARRAJES

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- 61 -

Normalmente la configuración física de las subestaciones está constituida por

vanos cortos que requieren el cálculo de los esfuerzos electromecánicos en los barrajes

para e análisis de flechas y tensiones en sistemas de barras flexibles es, en términos

generales, mucho más complicado que el análisis de tensiones y deflexiones en barras

rígidas, ya que las barras flexibles experimentan desplazamientos muy significativos en

respuesta a las fuerzas producidas por cortocircuito, las cuales dependen de los

espaciamientos entre conductores. Además, dentro de estos análisis deben ser

considerados los conductores, los aisladores y los sistemas de soporte.

En las subestaciones de alta y extra alta tensión, en el diseño de las estructuras

de soporte se tiene una incidencia significativa de las cargas debidas a cortocircuito, las

cuales pueden ser muy altas según las flechas y tensiones definidas para el tendido en

el caso de los conductores flexibles.

A continuación se describen fórmulas simples para el cálculo de las flechas y

tensiones en vanos cortos con apoyos a nivel y a desnivel, considerando los efectos de

temperatura, viento, sismo y cortocircuito. Este procedimiento permite además, obtener

las cargas mínimas de diseño para las estructuras de soporte de los barrajes, las cuales

forman parte de la infraestructura del servicio eléctrico.

a) Evaluación de Cargas:

Carga de peso propio: está conformada por el peso del conductor, de los

dispositivos de amortiguamiento de vibraciones, si se utilizan, y de las cargas

concentradas (conectores, conductores de derivación) que se tengan en el

vano bajo estudio. Las cargas debidas al peso de los conductores y a las

cargas concentradas WG están dadas por la relación:

daN/m,nW W cG 2.46Ecuación

Donde:

wG: carga gravitacional sobre el conductor (incluye peso de las derivaciones y sus

conectores, si existen), daN/m peso del conductor,

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- 62 -

wc: peso del conductor, daN/m número de conductores.

n: número de conductores.

Carga debida a los efectos de cortocircuito: para determinar la carga de

cortocircuito que debe considerarse para el cálculo de esfuerzos en los

barrajes se debe tener en cuenta el tipo de conexión que se desea utilizar en

la subestación, es decir, si es con conductores flexibles o con conductores

rígidos.

La fuerza electromagnética depende del tipo de conductor y su cálculo es como

se indica a continuación [CIGRÉ (1996)].

N/m,

a

m1I0.15 W

2k3

sc

2.47Ecuación

Donde: Wsc: fuerza unitaria electromagnética, N/m

Ik3: corriente de cortocircuito simétrica trifásica, kA

a: separación entre fases, m

m: calor de disipación debido a la componente de corriente directa en sistemas trifásicos o

monofásicos, se obtiene de la Figura 2.15 en función del factor pico de la corriente de

cortocircuito k.

F: frecuencia del sistema, Hz

Tk1: duración del cortocircuito, s.

Factor m (Figura 2.15)

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- 63 -

Factor m Fuente: Ramírez (1994)

Carga debida al viento sobre conductores y cadenas de aisladores: Se

presentan en forma resumida los principales fundamentos para evaluar las

fuerzas de viento sobre conductores de acuerdo con los requerimientos de la

ASCE [American (1991)], cuya metodología es ampliamente utilizada en

diseños de líneas de transmisión y subestaciones.

La presión de viento se calcula mediante la expresión:

2vo daN/mV),Q(ZP 2.48Ecuación

Donde:

Po: presión dinámica de referencia, daN/m2

Q: factor de densidad del aire que depende de la temperatura y de la altura del terreno sobre el

nivel del mar

Zv: factor de terreno en función de la categoría de terreno

V: velocidad del viento de diseño, km/h.

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- 64 -

La velocidad de viento para diseño es la velocidad de la milla más rápida, medida

en terreno de categoría C y a 10 m sobre el nivel del terreno, con un período de 50

años, en el sitio de la subestación. En los casos en los cuales se emplea como

referencia para diseño la velocidad máxima de ráfaga de tres segundos, V3s'el valor de

la velocidad de la milla más rápida, V, puede despejarse, empleando un método

iterativo, de la expresión:

23s

daN/m,1.52

1.675V

001.60934x360.1034lnV

V

2.49Ecuación

La ecuación (9.52) es válida únicamente para terreno categoría C y velocidades

entre 60 km/h Y 580 km/h, lo cual satisface la mayoría de las situaciones de diseño.

Para otros casos debe consultarse lo dispuesto por la ASCE [American (1991)].

La velocidad de ráfaga de tres segundos es aquella que se estima que será

excedida en promedio una vez cada 50 años, medida a 10 m de altura sobre el terreno

y en campo abierto.

Los valores de velocidad de viento son tomados del mapa de amenaza eólica de

cada país.

El valor de Q se calcula con base en el valor del peso específico del aire a 15°C y

al nivel del mar, modificado considerando los efectos de la temperatura y la altitud. De

manera aproximada puede emplearse la expresión:

2H1.1856x10 daN/m,0.0048eQ 4 2.50Ecuación

Donde:

H: altura del sitio de la subestación sobre el nivel del mar, m.

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- 65 -

La corrección de la presión por altura en función de la categoría del terreno se

efectúa por medio del coeficiente Zv.

1 Z v m10<z <0

2.51Ecuación

1

v 61.1 Z

gz

z gz<z <0m 1

Donde:

Z: altura sobre el terreno de desplante, m

Zg: altura gradiente, medida a partir del nivel del terreno de desplante, por encima de la cual la

variación de la velocidad del viento no es importante y se puede suponer constante, m

: exponente que determina la forma de la variación de la velocidad del viento con la altura.

Los factores a y Zg son función de la categoría de exposición. En la Tabla 2.5 se

resumen los valores para diferentes categorías así como las principales características

de las mismas.

Tabla 2.5-Parámetros de diseño en función de la categoría de exposición

Fuente: Ramírez (1994)

La carga debida a la acción del viento se supone actuando horizontalmente y en

ángulo recto con el cable y se obtiene como sigue:

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- 66 -

daN/mD,GCP w fow 2.52Ecuación

Donde:

Po: presión de viento corregida de acuerdo con la altura, daN/m2

G: factor de respuesta dinámica debida a ráfagas (para cables G = Gw), adimensional (Figura

2.16)

Cf: coeficiente de fuerza

D: diámetro del conductor, m.

La fuerza debida al efecto del viento sobre el conductor con un vano de longitud

L, está dada por la expresión:

daNL,wF ww 2.53Ecuación

Donde:

L: longitud del vano considerado, m.

El coeficiente de fuerza Cf considera el efecto de las características del elemento

(Forma, tamaño, orientación con respecto al viento, solidez y rugosidad de la superficie,

entre otras) en la fuerza resultante. Puede tomarse 1,0 para conductores y cables de

guarda.

El factor de respuesta dinámica G tiene en cuenta los efectos de las cargas

adicionales debidas a la turbulencia del viento y a la amplificación dinámica. Dicho

factor es la relación entre el efecto de la carga de la ráfaga de viento sobre los

conductores y el efecto de la carga de viento asociada a la velocidad media. El factor de

respuesta de ráfaga para cables Gw puede obtenerse de la Figura 2.16 para categoría

de exposición e o calcularse de manera general como:

ww B1.9E0.7G 2.54Ecuación

α

1

oz

10k4.9E

2.55Ecuación

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- 67 -

s

w

L

L0.81

1B 2.56Ecuación

Donde:

Zo: altura efectiva; para conductores puede estimarse como la altura promedio sobre el nivel del

terreno de los puntos de anclaje del conductor menos un tercio de la suma de la longitud de la

cadena de aisladores y la flecha del conductor, m

Ls: factor que depende de la categoría de exposición

k: coeficiente de arrastre, depende de la categoría de exposición.

Factor de respuesta de ráfaga para conductores categoría de exposición c (Figura2.16)

Factor de respuesta de ráfaga para conductores categoría de exposición c

Fuente: Ramírez (1994)

La carga de viento sobre los aisladores está dada por la expresión:

daN,AGCPF ifoi 2.57Ecuación

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Donde:

Cf: coeficiente de arrastre de aisladores el cual depende de la forma de estos y, generalmente,

se toma igual a 1,2

G: factor de respuesta de ráfaga que tiene en cuenta efectos de la turbulencia del viento

(para aisladores G = Gi), puede calcularse empleando la expresión (15.3) o con base

en la Figura 15.5, adimensional

Ai: área de la cadena de aisladores; puede calcularse como el producto del diámetro del

aislador y la longitud de la cadena, afectado por un factor de 0,6 para tener en cuenta la forma

del aislador [Consultaría (1989)], m2.

Carga de sismo: La carga que puede presentarse por sismo sobre los

conductores eléctricos de una subestación puede determinarse mediante la

siguiente fórmula:

daN/m,wS w cas 2.58Ecuación

Donde:

Sa: valor del espectro de aceleraciones de diseño (horizontal) para un período de vibración

dado; máxima aceleración horizontal de diseño, expresada como una fracción de la aceleración

de la gravedad, para un sistema de un grado de libertad con un período de vibración T

Para períodos de vibración T≤0.48 S I2.5AS aa 2.59Ecuación

Para períodos de vibración 0,48 S < T < 2,4 S SI2A.1S aa 2.60Ecuación

Para períodos de vibración T ≥ 2,4 S 2

IAS a

a 2.61Ecuación

S: coeficiente de sitio (Tabla 2.6)

Aa: coeficiente de aceleración sísmica pico efectiva

I: coeficiente de importancia; para el grupo IV "edificaciones indispensables" I=1,3.

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- 69 -

Tabla 2.6-Coeficiente de sitio S (Asociación (1998)

Fuente: Ramírez (1994)

Debido a las vibraciones sísmicas, la fuerza horizontal que se desarrolla puede

considerarse actuando en el centro de gravedad, en cualquier dirección.

El cálculo de la fuerza sísmica vertical se realiza empleado la expresión:

daN/m,0.75w w ssc 2.62Ecuación

Carga de hielo: únicamente en los casos en los cuales se tenga evidencia

confiable de la aparición periódica de cargas debidas a la acumulación de

hielo sobre los conductores, se debe revisar adicionalmente esta condición.

La sobrecarga de hielo tiene un doble efecto, a saber: se suma

aritméticamente con el peso del cable y aumenta el diámetro de la superficie

expuesta al viento. En general, no se considera simultaneidad del viento con

los efectos del hielo, aunque en ocasiones puede exigirse su análisis y para

este efecto se consideran las cargas de viento reducidas.

En el caso de que no se consideren los efectos del viento, siendo wi el peso del

hielo por unidad de longitud sobre el conductor, el peso aparente corregido será:

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daN/m,ww' w icc 2.63Ecuación

El peso del hielo será calculado a partir de las condiciones probables de

acumulación de hielo en la región, de acuerdo con los mapas estadísticos de

ocurrencia. Por ejemplo, en condiciones ligeras de acumulación, algunas normas exigen

considerar mínimo una capa de hielo de 3,5 mm de espesor y peso específico de 900

daN/m3.

Considerando la sobrecarga de hielo con efectos de viento, la acción del viento

será:

daN/m,2eDGCP' w fow 2.64Ecuación

Donde:

Ww': acción del viento sobre el conductor y la capa de hielo, daN/m

Po: presión del viento calculada para un medio de la velocidad de viento de diseño V, daN/m2

D: diámetro del conductor, m

e: espesor de la lámina de hielo, m.

b) Cálculo de Tensiones Mecánicas y Flechas en Conductores Flexibles: El

cálculo de tensiones mecánicas y flechas en los conductores para diferentes

condiciones de carga y temperatura es de gran importancia en el diseño de las

subestaciones eléctricas porque proporciona los datos necesarios para la

verificación de acercamientos eléctricos y para el diseño de las estructuras

metálicas de soporte de barrajes y equipos. Asimismo, proporciona los datos

iníciales para obtener las tablas de tendido para el montaje de conductores en las

subestaciones. Es usual que, por requerimientos eléctricos, sean conocidos el

tamaño, el tipo y las propiedades del conductor y de los aisladores. Se trata

entonces de calcular el estado de tensiones y deformaciones del conjunto que

satisfaga los requerimientos de flecha y tensión mecánica admisibles para varias

combinaciones de carga.

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El objetivo inicial es obtener una tensión mecánica mínima con base en el control

de las deflexiones a la temperatura máxima, de forma tal que se cumplan las

separaciones mínimas permitidas entre las fases y las distancias eléctricas de

seguridad. Debe escogerse una tensión mecánica apropiada en el conjunto conductor-

cadena de aisladores y herrajes para que éste no falle, ni presente deformaciones

excesivas que ocasionen problemas de seguridad por acercamiento, ni afecte la

estética y armonía del conjunto.

Es práctica normal que en las subestaciones eléctricas los conductores sean

diseñados para que trabajen a valores bajos de la tensión mecánica de rotura (del

orden de 20%) Y así poder obtener un factor de seguridad alto contra la rotura del

material. Para vanos como los que se presentan en las subestaciones, el peso y la

longitud de las cadenas de aisladores es considerable en relación con el peso y

longitud del conductor. Por esto, el peso de las cadenas de aisladores y las cargas

concentradas influyen de manera apreciable en el cálculo mecánico del vano y deben

tenerse en cuenta.

La tensión inicial mínima se obtiene con base en el control de las deflexiones a la

temperatura máxima, por ello es aceptable utilizar inicialmente para el cálculo un

método simplificado, el cual calcula la flecha máxima a partir del control de la

separación mínima de fases de los conductores en condiciones críticas de cortocircuito.

Se necesita calcular una carga resultante en la cual debemos primero conocer:

Carga actuante total: para la estimación de la carga actuante total sobre el

conductor, se considera que el peso actúa verticalmente, que la carga de

viento actúa horizontalmente y en ángulo recto con el cable y que la

sobrecarga de hielo tiene doble efecto: horizontalmente al aumentar el área

expuesta de viento y verticalmente al aumentar el peso propio. La resultante

wt es una suma vectorial, que se obtiene con base en la Figura 2.17.

daN/m,'w'w w 2c

2wT 2.65Ecuación

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daN/m,'ww w 2w

22cT iw 2.66Ecuación

Donde:

wT: carga resultante actuante sobre el cable con sobrecarga de hielo y viento, daN/m

wc’: carga vertical uniforme debida al peso del cable y de la capa de hielo, daN/m

ww’: carga horizontal uniforme debida a la acción del viento sobre el conductor y la capa de

hielo, daN/m.

wc : carga vertical uniforme debida al peso del cable, daN/m .

wi : carga vertical uniforme debida al peso del hielo, daN/m.

Carga resultante sobre un cable con sobrecargas simultáneas de hielo y viento (Figura2.17)

Carga resultante sobre un cable con sobrecargas simultáneas de hielo y viento Fuente: Ramírez (1994)

Cuando existan cargas concentradas sobre el conductor, el peso del conductor

wc deberá reemplazarse por la carga gravitacional total wG calculada como carga

equivalente weq, como se indica en la siguiente sección.

Cargas externas y carga uniforme equivalente: a lo largo de un conductor

se pueden presentar cargas externas causadas por la conexión de bajantes a

equipos, aisladores en suspensión, contracontactos de seccionadores

pantógrafos, o cualquier otro accesorio. El efecto de estas cargas adicionales

se podrá suponer como la acción de una carga uniformemente equivalente

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(Figura 2.18). En caso de que no existan cargas concentradas, esta carga

uniforme equivalente corresponde a la carga unitaria del peso propio del

conductor.

Conductores con cargas concentradas (Figura 2.18)

Conductores con cargas concentradas Fuente: Ramírez (1994)

Para el cálculo de esta carga uniforme equivalente se asimila el conductor a una

viga simplemente apoyada con cargas concentradas, obteniéndose el momento

máximo, y con éste la carga uniforme equivalente, mediante la siguiente expresión:

daN/m,L

8Mw w

2c

eqG 2.67Ecuación

Donde:

weq : carga uniforme equivalente, daN/m

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Lc: vano horizontal del conductor, m.

M: momento máximo, daN.m; se obtiene continuación con las ecuaciones que se presentan a

continuación:

daN,

L

xLP2

Lw

R

n

0iii

2

c

A

2.68Ecuación

daN,PxwRR n

0i

n

0iiicAx

2.79Ecuación

daN,dxxRM 'k'

0 2.70Ecuación

Donde:

RA: reacción en el apoyo A, daN

wc: peso propio del conductor por unidad de longitud, daN/m

L: longitud del vano, m

Pi’: carga concentrada, daN

xi: posición de la carga concentrada con respecto al apoyo A, m

n: número de cargas concentradas

k’’: punto para el cual R(k’’)=0

Flecha Máxima: Como ya se mencionó, la tensión mínima puede estimarse a

la máxima temperatura con base en la flecha máxima permitida, dependiendo

del movimiento de conductores flexibles durante un cortocircuito. (Figura

2.19).

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Rango de movimiento de conductores flexibles durante un cortocircuito (Figura 2.19)

Rango de movimiento de conductores flexibles durante un cortocircuito Fuente: Ramírez (1994)

kk

o 1.3Y1.2Sen40

YY

2.71Ecuación

Donde:

yo: flecha máxima permisible, m

yk: rango de movimiento del conductor

a:separación entre fases, m

amin: separación mínima permisible entre fases, m.

Esta limitación en la flecha es conveniente ya que, cuando ocurren fallas

externas al vano en estudio, las sobre corrientes entre los barrajes originan fuerzas de

atracción entre los conductores, pudiéndose producir un cortocircuito entre fases por

acercamiento. Puede efectuarse una verificación inicial, teniendo en cuenta que por

razones de estética y de acuerdo con la recomendación de varias publicaciones, la

flecha se sugiere sea limitada al 3% de la longitud del vano, sin considerar el rango de

movimiento de los conductores durante un cortocircuito, comprobándose que con la

separación entre fases se evitan acercamientos eléctricos y se conservan las distancias

de seguridad.

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El procedimiento anterior es conservador ya que supone un ángulo de deflexión

de 40° de los conductores durante un cortocircuito. En caso de que la limitación en la

flecha máxima por este método ocasione unas tensiones muy altas de los conductores

sobre las estructuras, esta flecha puede hacerse óptima siguiendo la metodología para

el cálculo del rango de movimiento de los conductores durante un cortocircuito [CIGRÉ

(1996)].

Para una duración de cortocircuito menor que el tiempo para la máxima deflexión

(el cual tiene valores típicos entre 0.25 s y 0.4 s), el ángulo de deflexión es:

o

oo

Y

hYarccosδ

2.72Ecuación

Donde:

Yo: flecha máxima, m

m,g2m

twh

c

2k

2sc

o 2.73Ecuación

N/m,a

I0.2 w

2k2

sc 2.74Ecuación

wsc: fuerza electromecánica, N/m

tk : tiempo de duración del cortocircuito, s

m:masa del conductor por unidad de longitud, N/m

g: aceleración de la gravedad, 9,8 mIs2

a: separación entre conductores, m

Ik2: corriente bifásica simétrica de cortocircuito, kA r.m.s.

Para una duración de cortocircuito mayor que el tiempo para la máxima deflexión,

el ángulo de deflexión es:

gm

w1.6arctangδ

c

2sc 2.75Ecuación

Conocida la flecha máxima del conductor puede calcularse la tensión asociada.

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Tensión mínima: la curva que toma un cable de peso uniforme suspendido

por sus extremos en la misma horizontal, es una catenaria. En algunos casos,

puede aproximarse a una trayectoria parabólica. La tensión mínima se

presenta en el punto más bajo del cable, a continuación se describe, en forma

general, la solución analítica de la relación flecha - tensión en conductores

flexibles, utilizando la trayectoria de los conductores por medio de una curva

parabólica y una curva catenaria. Métodos más exactos utilizan la solución de

la trayectoria del cable por el método de diferencias finitas.

Formulación simplificada, trayectoria parabólica: constituye la forma más

simple de evaluar las flechas y tensiones a lo largo de un cable y, aunque es

una aproximación del comportamiento real, arroja resultados aceptables para

vanos cortos. Las formulaciones correspondientes se dan a continuación y

están referidas a las Figuras 2.19 y 2.20.

Trayectoria parabólica aproximada de un conductor con apoyos a nivel (Figura 2.20)

Apoyos a nivel

Trayectoria parabólica aproximada de un conductor con apoyos a nivel Fuente: Ramírez (1994)

Bajo la acción de cargas resultantes (verticales y horizontales) el cable se

desplaza a un plano inclinado, al cual corresponden las flechas y tensiones calculadas.

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La tensión mecánica en el punto más bajo, que es igual a la componente horizontal de

las tensiones en ambos apoyos, se calcula como:

daN,8Y

LwT

c

2t

o

2.76Ecuación

Así,

m,8T

LwY

o

2t

c

2.77Ecuación

Donde:

wt: carga total en el conductor por unidad de longitud, daN/m

L: distancia horizontal entre apoyos, longitud del vano, m

Yc: flecha máxima, m

Trayectoria parabólica aproximada de un conductor con apoyos a desnivel (Figura 2.21)

Apoyos a diferente nivel

Trayectoria parabólica aproximada de un conductor con apoyos a desnivel Fuente: Ramírez (1994)

Cuando los apoyos en los extremos del conductor se encuentran a desnivel, la

posición del punto más bajo respecto al apoyo inferior puede determinarse como:

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m,4Y

y1

2

LX

co

2.78Ecuación

m,4Y

y1YY

cco

2.79Ecuación

Donde:

L: longitud del vano del conductor, m

Yc: flecha máxima definida teniendo en cuenta el control de acercamientos eléctricos, distancia

vertical del punto más bajo del conductor hasta la línea imaginaria que une ambos soportes, m.

X1, Y1: coordenadas de apoyo A, m

Xo, Yo: coordenadas de apoyo B, m

y: desnivel entre apoyos, Y1- Yo, m.

La longitud del cable s puede calcularse como la suma de so y s1, las cuales

pueden estimarse, de manera aproximada, con:

m,3X

8Y1Xs

21

21

11

2.80Ecuación

m,3X

8Y1Xs

2o

2o

oo

2.81Ecuación

Con base en la tensión To obtenida de la expresión (9.76), la tensión en el apoyo

superior es:

m,YwTT 1toa 2.82Ecuación

La tensión en el apoyo inferior es:

m,YwTT otob 2.83Ecuación

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Flechas por efecto de las cadenas de aisladores, herrajes y amortiguadores:

para tener en cuenta los efectos de las cadenas de aisladores, herrajes y

amortiguadores sobre la trayectoria geométrica del conductor, se puede tomar la

cadena de aisladores con sus herrajes respectivos, considerando todo como un

ente rígido, articulado en el punto de anclaje y con el peso total concentrado en

el punto medio de su longitud (Figura 2.19). Para apoyos al mismo nivel:

Convención de dimensiones de conductor y cadenas (Figura 2.22)

Convención de dimensiones de conductor y cadenas Fuente: Ramírez (1994)

m,YTY ac 2.84Ecuación

m,8T

LwY

o

2cT

c 2.85aEcuación

m,FLw2T

XY acT

o

aa 2.85bEcuación

m,8Y

F4XX4wLwT

o

aa2

at2

To

2.86Ecuación

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Donde:

Y: flecha máxima, m

Yc: flecha del conductor, m

Ya: flecha de la cadena de aisladores, m

Le: longitud horizontal del cable, m

m,XLL ac 2.87Ecuación

L: distancia horizontal entre puntos de anclaje (longitud del vano), m

Xa: proyección horizontal de la longitud de la cadena de aisladores, m

La: longitud de la cadena de aisladores, m

m,L aa Nl 2.88Ecuación

N: número de aisladores

la: longitud de un aislador, m

Fa: peso de la cadena de aisladores, daN

To: tensión horizontal mínima, para una flecha máxima y, daN

Wt: carga uniforme equivalente del conductor, daN/m

Efecto por cambios de temperatura: el efecto de los cambios de temperatura

en el conductor se obtiene mediante la ecuación de cambio de estado que

determina el nuevo equilibrio del conductor. En caso de considerar un aumento

de temperatura se pasa de un estado inicial 1 a un estado final 2 con un nuevo

equilibrio expresado como dilatación por aumento de temperatura, contrarrestado

por la contracción debida a la disminución de tensión en el conductor. La tensión

mecánica horizontal en el estado 2 se determina resolviendo, por ejemplo por el

método de Newton Raphson, la ecuación de tercer grado:

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024

LwEATαΔTEA

24T

LwEATT

22T2cc

o1cc21

22T1cc2

o33

o2

2.89Ecuación

Donde:

α: coeficiente térmico de dilatación lineal del cable, °C

ΔT : variación de temperatura (temperatura final- temperatura inicial), °C

Ac: área de la sección transversal del cable, cm2

Ec: módulo de elasticidad del cable, daN/cm2

L: distancia entre apoyos del conductor, m

To1: tensión mecánica horizontal básica (en el estado inicial 1), daN

T02: tensión mecánica horizontal final (en el estado 2: incremento de temperatura), daN

wT1: carga uniforme equivalente sobre el conductor en el estado 1, daN/m

wT2: carga uniforme equivalente sobre el conductor en el estado 2, daN/m

La carga wT2 representa la corrección que debe aplicarse a la carga wT por el efecto

de la temperatura sobre el total del vano; así, aunque la longitud del conductor cambia,

la carga no cambia. Dicha corrección está representada por:

t1 w T1T2 w 2.90Ecuación

Tablas de tendido: una vez finalizados los cálculos de tensiones mecánicas de

los conductores se pueden calcular las tablas de tendido, útiles para la etapa de

montaje de los conductores. Las tablas de tendido relacionan las tensiones

básicas con las flechas para los diferentes valores de temperatura. El cálculo de

las tablas de tendido depende exclusivamente de los cálculos de las tensiones

mecánicas de los conductores realizados para estimar las cargas de conexión

sobre estructuras de soporte y tiene en cuenta las cadenas de aisladores,

herrajes, el desnivel entre los puntos de anclaje y los desniveles y pendientes del

terreno; se considera además que en la etapa de montaje no existen los bajantes

a equipos, ya que en la práctica se instalan cuando se ha efectuado el tendido.

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2.3- TÉRMINOS BÁSICOS:

Disposición física: ordenamiento físico de los diferentes equipos y barrajes

constitutivos del patio de conexiones enlazados de acuerdo con el tipo de

configuración de la subestación.

Acople: operación mediante la cual se enlazan los barrajes constitutivos de una

subestación. Nombre que se asigna al campo de conexión de barrajes.

Interruptor: dispositivo de maniobra capaz de interrumpir, establecer y llevar las

corrientes normales o asignadas del circuito y las anormales o de cortocircuito,

mediante la conexión o desconexión de circuitos.

Interruptores en vacio: Son dispositivos empleados para la interrupción o

abertura de un circuito bajo carga, que en teoría, abren en un ciclo debido a la

pequeña inercia de sus contactos y a su pequeña distancia; Los contactos están

dentro de botellas especiales en las que se ha hecho casi el vacío absoluto. El

contacto fijo está sellado con la cámara de vacío y por el otro lado entra el

contacto móvil.

Malla de tierra: un sistema de electrodos de tierra horizontales que consiste en

un número de conductores desnudos interconectados y enterrados en la tierra,

proporcionando una tierra común para dispositivos eléctricos o estructuras

metálicas, usualmente en un lugar específico.

Patio de conexiones: área en donde se instalan los equipos de patio y barrajes

con el mismo nivel de tensión.

Pruebas: conjunto de actividades que se realizan para verificar el diseño, la

fabricación, el correcto montaje (pruebas individuales) y la funcionalidad (pruebas

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funcionales) de los, equipos. y sistemas de la subestación de acuerdo con las

especificaciones técnicas, los diseños de detalle y las condiciones operativas

definidas.

Seccionador: dispositivo de maniobra utilizado para aislar los interruptores,

porciones de la subestación o circuitos, para mantenimiento; en configuración de

barras son utilizados para seleccionar la forma de conectar los circuitos a los

barrajes.

Sistema de Comunicaciones: conjunto de dispositivos que operan de acuerdo

con condiciones preestablecidas que permiten el manejo de señales de

comunicación según los requerimientos de operación de los equipos y sistemas

de la subestación.

Sistema de Control: conjunto de dispositivos que operan de acuerdo con

condiciones preestablecidas y se emplean para realizar el manejo y supervisión

de todos los equipos, dispositivos y sistemas instalados en la subestación

Sistema de Protección: conjunto de dispositivos preestablecidos para proteger

los circuitos, sistemas subestación.

Campo de conexión (bahía, módulo): conjunto de los equipos de una

subestación para la maniobra, protección y medida de un circuito que se conecta

a ella.

2.4 OPERACIONALIZACIÓN DE LA VARIABLE

a) Nombre de la Variable: Diseño de Barras Flexibles

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b) Definición Conceptual: es el proceso o labor destinado a proyectar, coordinar,

seleccionar y organizar un conjunto de elementos para la escoger una pieza

larga y delgada de un material que puede doblarse fácilmente sin romperse ,

generalmente metal y aleaciones , que tiene forma rectangular o cilíndrica.

c) Definición Operacional: Es el procesamiento de datos aprovechando los

recursos que provee la informática, con el propósito de proyectar , coordinar,

seleccionar y organizar un conjunto de elementos para escoger una pieza larga y

delgada que cumpla con un conjunto de requerimientos predeterminados.

d) Cuadro de Variables: La tabla que se muestra a continuación (Tabla Nº 2.7)

describe la operacionalización de la variable objeto de estudio, con dimensiones

e indicadores, fundamentados en conceptos y diseño de las barras flexibles,

enmarcado dentro de la misión revolución energética.

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Tabla 2.7 Cuadro de Variables

Objetivo General: Diseño de barras flexibles en subestaciones eléctricas asistido por computadora

Objetivos Específicos Variable Sub-Variable Indicadores

Identificar el proceso de

cálculo establecido en la

normativa vigente para el

diseño en barras flexibles de

subestaciones eléctricas

DIS

O D

E B

AR

RA

S F

LEX

IBLE

SE

S

Proceso de cálculo

de barras flexibles

Definición de los requerimientos: Longitud de la barra, tensión estática, distancia entre fases, rigidez de la estructura, datos del conductor, corriente de cortocircuito y la duración , los datos de configuración de bus, las estructuras de apoyo, conexiones, material de elasticidad, peso, capacidad térmica, los coeficientes de expansión, el tiempo de la variación a corto circuito según norma IEC 865-1 Análisis de temperatura superficial: Calentamiento por efecto joule, calentamiento solar, enfriamiento por convección, enfriamiento por radiación, Aumento de temperatura en conductores (flexibles en aire) y densidad de corriente en cortocircuito. Análisis de Efecto corona: Campo eléctrico disruptivo, Coeficiente de maxwell, Tensión de fase a tierra, Gradiente superficial promedio, Verificación de efecto corona, tensión critica. Definición de los requerimientos: Longitud de la barra, tensión estática, distancia entre fases, rigidez de la estructura, datos del conductor, corriente de cortocircuito y la duración , los datos de configuración de bus, las estructuras de apoyo, conexiones, material de elasticidad, peso, capacidad térmica, los coeficientes de expansión, el tiempo de la variación a corto circuito según norma IEC 865-1 Análisis de temperatura superficial: Calentamiento por efecto joule, calentamiento solar, enfriamiento por convección, enfriamiento por radiación, Aumento de temperatura en conductores (flexibles en aire) y densidad de corriente en cortocircuito. Análisis de Efecto corona: Campo eléctrico disruptivo, Coeficiente de maxwell, Tensión de fase a tierra, Gradiente superficial promedio, Verificación de efecto corona, tensión critica.

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Tabla 2.7 Cuadro de Variables (Continuación)

Objetivo General: Diseño de barras flexibles en subestaciones eléctricas asistido por computadora

Objetivos Específicos Variable Sub-Variable Indicadores

Definir los requerimientos del

software en función del

procedimiento de diseño

establecido para barras

flexibles de subestaciones

eléctricas

DIS

O D

E B

AR

RA

S F

LEX

IBLE

SE

S

Requerimientos

del software

Datos asignados

Datos de salida

librerías, base de datos

Definir filosofía de operación

del software para el diseño

de barras flexibles de

subestaciones eléctricas

Filosofía de

operación del

software

Ingreso de datos

Diagrama de flujo

Salida de datos: impresión y visualización en pantalla

Seleccionar la plataforma

computacional para el

desarrollo del software

La plataforma

computacional del

software

Lenguaje

Sistema operativo

Desarrollar el software en la

plataforma computacional

seleccionada

Desarrollo del

software

Pantalla: inicio y salida, Menús, base de datos, Algoritmo de

cálculo, codificación

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Tabla 2.7 Cuadro de Variables (Continuación)

Objetivo General: Diseño de barras flexibles en subestaciones eléctricas asistido por computadora

Objetivos Específicos Variable Sub-Variable Indicadores

Comprobar el funcionamiento

del software.

DIS

O D

E B

AR

RA

S

FLE

XIB

LES

ES

Funcionamiento

del software

Selección de casos de estudio:

Diseño mediante cálculos manuales

Diseño asistido por computadora

Comparación de resultados

(Fuente Propia: Cordero, 2009)

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CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

En esta parte del proceso de investigación, se plantean una variedad de

pasos para la obtención de los datos necesarios para la verificación de la categoría y

abarca los siguientes aspectos: tipo de investigación, diseño de la investigación,

población, técnicas e instrumentos de recolección de datos y por último, se presenta el

procedimiento que se siguió para el desarrollo del estudio.

3.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN

La investigación es un proceso que, mediante la aplicación del método científico,

procura obtener información relevante y digna de fe y crédito para entender, verificar,

corregir o aplicar el conocimiento. Para obtener algún resultado de manera clara y

precisa es necesario aplicar algún tipo de investigación, la investigación esta muy ligada

a los seres humanos, esta posee una serie de pasos para lograr el objetivo planteado o

para llegar a la información solicitada. La investigación tiene como base el método

científico y este es el método de estudio sistemático de la naturaleza que incluye las

técnicas de observación, reglas para el razonamiento y la predicción, ideas sobre la

experimentación planificada y los modos de comunicar los resultados experimentales y

teóricos.

Además, la investigación posee una serie de características que ayudan al

investigador a regirse de manera eficaz en la misma. La investigación es tan compacta

que posee formas, elementos, procesos, diferentes tipos, entre otros.

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Según Bavaresco (1997, pág.26), la investigación descriptiva consiste en

describir y analizar de manera sistemática las características homogéneas de los

fenómenos estudiados sobre la realidad. Pretende, además buscar asociaciones en un

mismo marco teórico y donde existe un juego lógico en cuanto a las variables de

estudios, debido a que entre ellas presentan una amplia relación.

Es por ello que esta investigación es de tipo descriptiva, debido a que se

conocieron aspectos y se obtuvieron las respuestas necesarias para la solución del

problema planteado. Esto será de gran ayuda en este trabajo especial de grado, porque

se describen y explican el desarrollo de algoritmos asociados a cálculos para el diseño

de barras flexibles asistidos por computadora, además, se precisan los requerimientos

del software a diseñar para asistir el diseño de barra flexibles, se define la filosofía de

operación de dicho software, se indica la plataforma computacional para la elaboración

del software, se detalla todo el desarrollo del mismo, y los resultados de las pruebas

para la comprobación del software

3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

El diseño de la investigación se refiere a los pasos, etapas y estrategias que se

aplican para el logro de los objetivos planteados. Para Tamayo y Tamayo (2001, pág.

37), el diseño consiste en el planteamiento de una serie de actividades sucesivas y

organizadas, adaptadas a las particularidades de cada modalidad de investigación, para

indicar los pasos y pruebas a efectuar, así como las técnicas para recolectar y analizar

los datos. Este paso constituye el plan general del investigador para obtener respuestas

a sus interrogantes o comprobar la hipótesis de investigación. El diseño de

investigación desglosa las estrategias básicas que el investigador adopta para generar

información exacta e interpretable. Los diseños son estrategias con las que intentamos

obtener respuestas a preguntas como:

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Contar

Medir

Describir

El diseño de la investigación estipula la estructura fundamental y especifica la

naturaleza global de la intervención. El investigador cuando se plantea realizar un

estudio suele tratar de desarrollar algún tipo de comparación. El diseño de investigación

supone, así, especificar la naturaleza de las comparaciones que habrían de efectuarse,

ésta pueden ser:

Entre dos o más grupos.

De un grupo en dos o más ocasiones.

De un grupo en diferentes circunstancias.

Con muestras de otros estudios.

El diseño también debe especificar los pasos que habrán de tomarse para

controlar las variables extrañas y señala cuándo, en relación con otros acontecimientos,

se van a recabar los datos y debe precisar el ambiente en que se realizará el estudio.

Esto quiere decir que el investigador debe decir dónde habrán de llevarse a cabo las

intervenciones y la recolección de datos, esta puede ser en un ambiente natural (como

el hogar o el centro laboral de los sujetos) o en un ambiente de laboratorio (con todas

las variables controladas). Al diseñar el estudio el investigador debe decir qué

información se dará a los sujetos, es recomendable revelar a los sujetos el propósito de

la investigación y obtener su consentimiento.

Según Hernández, Fernández y Baptista, (2003, pág. 267) plantean que un estudio

no experimental no se constituye ninguna situación, al contrario, se observan

situaciones ya existentes, no provocadas intencionalmente por el investigador. En la

investigación no experimental las variables independientes ya han ocurrido y no es

posible manipularlas; el investigador no tiene control directo sobre dichas variables, ni

puede influir sobre ellas por que ya sucedieron, al igual que sus efectos.

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Aunado a esto, en cuanto a las subdivisiones del tipo de investigación no

experimental, los mismos autores (2003, pág. 270) mencionan que los diseños de

investigación transaccional o transversal recolectan datos en un solo momento, en un

tiempo único; su propósito es describir variables y analizar su incidencia e interrelación

en un momento dado.

De acuerdo con lo anteriormente expuesto, esta investigación es de tipo no

experimental además transaccional, ya que no se modificaron los procedimientos de

cálculo de barra flexible establecidos en la norma, la información técnica recolectada

para crear la base de datos. Por este aspecto en particular, se le confiere carácter

transaccional a esta investigación no experimental, porque esa recolección de

información se ejecutó en un lapso específico desde Mayo hasta Agosto de 2009.

Esta investigación además de ser no experimental - transaccional, es también

documental, que según Bavaresco (1997, pág. 36) es una condición que brindo el

mayor soporte para lo que se deseaba investigar, porque el método de cálculo fue

extraído de la norma, de diferentes autores reconocidos y de material bibliográfico. En

este trabajo el investigador realizó la revisión de libros, folletos, documentos, artículos

de revistas científicas, entre otras fuentes documentales y bibliográficas de interés

particular, para así poder determinar los diferentes parámetros que rigieron el software.

3.3. POBLACIÓN Y MUESTRA

Toda investigación tendrá como elemento principal la definición del límite de su

alcance. Esto, resulta de vital importancia debido a que los recursos y tiempo son

limitados. Por tanto, el considerar sólo una parte de la población siempre tendrá sus

ventajas.

La población es la que se refiere al conjunto de elementos o unidades a los cuales

se refiere la investigación. Que según Hurtado y Toro (1999, pág. 78), la población hace

referencia al conjunto de sujetos para el cual serán válidas las conclusiones y

reflexiones que se obtengan en la investigación.

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El determinar el tamaño de una muestra representa una parte esencial del método

científico para poder llevar a cabo una investigación. Al muestreo se puede definir como

el conjunto de observaciones necesarias para estudiar la distribución de determinadas

características en la totalidad de una población, a partir de la observación de una parte

o subconjunto de una población, denominada muestra.

El muestreo debe procurar ser representativo, ya que proporciona ventajas de

índole económicas y prácticas, brinda la alternativa de optar por otra alternativa, ya que

en lugar de investigar el total de la población, se investiga tan sólo una parte de ella,

proporcionando con esto la información en forma más oportuna, eficiente y exacta,

eliminando con ello recurrir a encuestar a toda la población. La Muestra de la población,

según Hurtado y Toro (1999, pág. 79) será un subconjunto de elementos de esa

población. Donde los Elementos son las unidades individuales que componen la

población.

El producto final del software es el diseño de barras flexibles en una subestación

eléctrica, las cuales pueden estar fabricadas por conductores trenzados, de diferentes

materiales tales como: aluminio, aleación de aluminio (AAC) y aluminio reforzado con

acero (ACSR); cuyas características técnicas se encuentran en las tablas 1, 2, 3 en los

anexos. En esta investigación la muestra y la población son iguales, ya que la base de

datos de la aplicación está integrada por todos los conductores flexibles indicados en

las mencionadas tablas. El criterio que privo en esta selección es que esos conductores

son los más utilizados, los más económicos, y además satisfacen las propiedades

eléctricas y mecánicas exigidas para barras flexibles de subestaciones eléctricas.

3.4. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Bavaresco (1997, pág. 95), plantea que la investigación no tiene significativo sin

las técnicas de recolección de datos, debido a que estas técnicas conducen a la

verificación del problema planteado. También define que cada tipo de investigación

determinara que técnicas se van a implementar y cada una de ella especifica sus

herramientas, instrumentos o medios a emplear en dicha proceso. Particularmente, se

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definirán a continuación las técnicas empleadas durante la realización de este trabajo

especial de grado.

La Observación según Martínez (2006, pág. 136), la observación es una técnica

que consiste en detallar atentamente el fenómeno, hecho o caso de estudio, tomar la

información y registrarla para su posterior análisis. La observación, es un elemento

fundamental en todo proceso investigativo, porque en ella se apoya el investigador para

obtener el mayor numero de datos; ella está compuesta por una serie de pasos, los

cuales consisten en determinar el objeto, situación, caso, establecer los objetivos de la

observación, observar crítica y cuidadosamente, registrar los datos observados, analizar

e interpretar los datos obtenidos y elaborar las conclusiones al respecto.

a- Observación Documental:

Una de las técnicas utilizada durante el proceso de investigación fue la de la

observación documental o bibliográfica, que de acuerdo a lo expuesto por Bavaresco

(2006, pág. 99), tiene su apoyo en los distintos tipos de notas de contenido, y ésta se

percata de lo que está escrito o relacionada con el tema que se escogió como

investigación.

A través de esta técnica, fue que se obtuvo la información para estructurar el

marco teórico del mismo, además se realizo una revisión de normas, Especificaciones

técnicas y revisión de proceso de cálculos manuales con el fin de obtener bases sólidas

para proponer lo que mejor se adapte a las características del software a diseñar.

Dichos documentos son los siguientes:

CIGRE Study Committee 23 (Substations) Working Group 23-11

(Substations and Environnement) ESCC Task Force (Effects of Short-

Circuit Currents)

Norma IEC 865-1 (2000).

Subestaciones de alta y extra alta tensión (Carlos Felipe Ramírez).

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b- Observación Indirecta:

Esta técnica según Méndez (2006, Pág. 251) resulta útil y viable cuando se trata

de conocer hechos o situaciones que de algún modo tiene un cierto carácter público, o

que por lo menos no pertenecen estrictamente a la esfera de las conductas privadas. La

observación no directa o simple puede ser indirecta cuando se emplea elementos que

registren aspectos visuales y auditivos del problema de la investigación.

En consecuencia, en esta investigación se efectuó este tipo de observación,

debido a que todos los catálogos utilizados para la obtención del producto final que es

la selección de la barra flexible necesaria en la subestación eléctrica, tomadas como

fuente de estudio, ya habían sido realizadas y proporcionadas. Este proceso de cálculo

y catálogos necesarios, están consignados en archivos de formato PDF y libros

utilizados para la investigación, donde la información técnica de los catálogos son: el

Código, kCM, Sección total [mm2], Composición hilos x Diámetro Aluminio o Acero

[mm], Masa [kg/m], Carga de ruptura [kN] ,Corriente asignada[A] y diámetro del hilo

conductor [mm].

c- Observación Directa:

De acuerdo a lo que plantea Martínez (2006, pág. 138), la observación directa es

la técnica clásica primaria y más usada por los investigadores cualitativos para adquirir

información. Para ello, el investigador vive lo más que puede con las personas o grupos

que desea investigar, compartiendo sus usos, costumbres, estilo y modalidades de vida.

Para lograr esto, el investigador debe ser aceptado por esas personas, y sólo lo será en

la medida en que sea percibido como "una buena persona", franca, honesta, inofensiva

y digna de confianza. Al participar en sus actividades corrientes y cotidianas, va

tomando notas de campo pormenorizadas en el lugar de los hechos o tan pronto como

le sea posible. Estas notas son, después, revisadas periódicamente con el fin de

completarlas (en caso de que no lo estén) y, también, para reorientar la observación e

investigación.

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En esta investigación se aplica este tipo de observación, debido a que después

de llevar a cabo el software para el diseño de barras flexibles asistido por computadora;

fue necesario observar su desarrollo, y verificar si el proceso de ingreso de datos se ha

ejecutado correctamente, así como la veracidad de los datos de salida, que permitieron

inferir si se estaba efectuando correctamente el proceso de cálculo. Además se pudo

observar y constatar la amigabilidad visual del mismo al momento de su desarrollo.

Aunado a esto, es importante mencionar los instrumentos de recolección de

datos, que de acuerdo a los que plantea Martínez (2004, pág. 249), son aquellos que

nos permiten recolectar la información que sea necesaria o conveniente, y en cada caso

los determinan el tipo de problema que se este investigando. Se puede decir entonces

que, en esta investigación el instrumento de recolección de información aplicado en la

técnica de Observación Directa e Indirecta fue una carpeta electrónica, para almacenar

la información recolectada de diferentes autores.

3.5- FASES DE LA INVESTIGACIÓN

Fase I: Identificación del proceso de cálculo establecido en la normativa vigente

para el diseño de barras flexibles de subestaciones eléctricas.

Se extrajo la información del proceso de cálculo de barras flexibles de las

diferentes documentaciones citadas, con las cuales fue posible realizar una serie de

análisis para conocer el método más didáctico para la realización del software

requerido, y así cumplir con los objetivos de la presente investigación. Este proceso se

realizó por medio de las normativas mencionadas anteriormente.

Una vez, extraída la información del proceso de cálculo de barras flexibles según

la norma IEC, a través de la documentación obtenida, se transcribió esta información

en un archivo bajo el word, para analizar cuáles son las variables necesarias para la

realización del software a diseñar, enfocándose en la condición más crítica para la

selección de dicha barra flexibles, donde sería la parte ambiental, para determinar

cuáles son los datos necesarios del software para resolver el proceso de cálculo y

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especificar la barra más adecuada para dichas condiciones. Este estudio se hizo por

medio de la elaboración de cálculos manuales para adquirir destrezas en el proceso de

diseño de barras flexibles.

Fase II: Definición de los requerimientos del software.

Después de conocer el proceso de cálculo de barras flexibles según la norma

IEC, y estar familiarizado con el mismo, es necesario determinar los requerimientos del

software, en los cuales se encuentran parámetros eléctricos y mecánicos necesarios

como datos de entrada, y los suministrados por el software en los datos de salida. De

igual manera, el contenido de las librerías que integra la base de datos

FASE III: Definición de la filosofía de operación del software.

En esta fase se realiza el ingreso de datos, que permite el procesamiento del

diagrama de flujo, que es en sí la programación utilizada, que da como resultado la

salida de datos, que es simplemente la selección de la barra flexible y así poder llevar a

cabo la impresión y visualización en pantalla para un mejor análisis del resultado

obtenido.

FASE IV: Desarrollo del software

Una vez establecido el diseño completo, se comienza la construcción del

software, donde se propone construcción de archivos y vinculación con los mismos a

través de algoritmo de cálculo y codificación. Además de las pantallas principales,

menús, actividades interactivas que poseerá el software y que se realizarán en un

sistema operativo compatible.

FASE V: Comprobación del funcionamiento del software.

La misma se hace a través de:

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La Selección de casos de estudio

El Diseño de barra flexible mediante cálculos manuales

El Diseño de barra flexible asistido por computadora

La comparación y análisis de resultados de ambas modalidades de cálculo.

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CAPÍTULO IV

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

En el presente capítulo se expresan los resultados obtenidos del proceso de

investigación, en los mismos se evidencian el análisis realizado y también se muestra la

discusión de los mismos. Tales aspectos pueden subdividirse en dos partes

fundamentales que son: Los Aspectos generales del software, los requisitos y la base

de conocimientos necesarios para ejecutar el software.

Además se describen los criterios y los recursos utilizados para la construcción

del software. Seguida este se encuentra el Manual del usuario: esta es la segunda parte

de este capítulo, y comienza con la descripción del procedimiento de instalación del

software. El manual del usuario describe de forma detallada el significado y manejo de

cada una de las partes que conforman el software desarrollado.

4.1- IDENTIFICACIÓN DEL PROCESO DE CÁLCULO ESTABLECIDO EN LA

NORMATIVA VIGENTE PARA EL DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES DE

SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.

Para poder Identificar el proceso de cálculo para el diseño de barras flexibles de

subestaciones eléctricas, se llevo a cabo un proceso de análisis de lo establecido en la

norma vigente, el cual esta explicado en la sección 2.2 del marco teórico de esta

investigación.

Para ilustrar este proceso se selecciono un ejemplo que fue desarrollado

mediante cálculos manuales aplicando el mencionado método, y los resultados se

encuentran detallados en los apéndices A, B, C, D.

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El ejemplo trata del diseño de barras flexibles de una subestación eléctrica con

las siguientes características:

La corriente nominal 502 A, la cual es la principal característica para el diseño de

una subestación eléctrica.

El nivel de cortocircuito será 16.53 KA, los cuales será necesarias para calcular

mas cargas de cortocircuito

El nivel de tensión será 161 Kv para diseñar una subestación de alta tensión las

cuales son las más reconocidas y se necesitan para determinar el número de

aisladores.

El Nivel Básico por Rayo (NBI) será 750 Kv que se encuentra estandarizado para

dicho nivel de tensión.

El calibre y material del conductor será 795 KCMIL, 26/7 ACSR que se selecciona

a partir de la corriente nominal e indica el calibre 795 KCMIL, numero de hilos 26

de aluminio y 7 de acero y material ACSR

El material será ACSR debido que sus propiedades eléctricas y mecánicas son

las utilizadas para el diseño de una subestación eléctrica debido que tienen

mayor resistencia mecánica, conductividad eléctrica y menos perdidas, dichas

propiedades se pueden ver en la tabla 2.1 en el Marco teórico de esta

investigación.

Las propiedades técnicas del material seleccionado serán las del calibre 795

KCMIL código Drake en las cuales se pueden ver en el anexo tabla 3 las cuales

son necesarias para el diseño.

La longitud del vano será 70m debido que es una de las más recomendadas para

disminuir las Flecha máxima.

La Frecuencia del sistema es la utilizada por los americanos la cual es 60 Hz.

Las condiciones ambientales serán las del Estado Zulia, Venezuela, las cuales se

pueden mencionar:

o La temperatura ambiente 30 °C

o La radiación solar es 1150 W/m debido que estamos en la zona del trópico

o La altitud es 6 m con respecto del mar

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o Velocidad del viento 0.5 m/s recomendado

o Coeficiente de absorción de la superficie del conductor 0.27 para

conductores nuevos

o Corrección del Nusselt es cual varía dependiendo del ángulo de inclinación

para este caso será 90° perpendicular al conductor.

Los datos adicionales de diseño utilizados para el proceso de cálculo manual

contiene las características de donde se va a construir la subestación.

o Temperatura inicial del cortocircuito = 90°C

o Temperatura final del cortocircuito = 140 °C

o Tiempo de duración del cortocircuito = 1 seg

o Coeficiente de limpieza 0.9 para conductores nuevos

o Altura del conductor con respecto a tierra = 6 m

o Número de conductores por Fase (n) = 1debido que es más económico.

o Tensión mecánica del conductor = 8896 N, obtenida de los datos

suministrados por el fabricante del conductor

o Valor de resistencia a reactancia del circuito (R/X) =0.2 depende del tipo de

conexión de la subestación eléctrica.

o Categoría de exposición del terreno C debido que el terreno se diseñara en

un lugar abierto ,véase tabla 2.5

o La altura sobre terreno de desplante 5m es la utilizada para el diseño de

las bases de las subestación.

o Velocidad del viento de diseño 28m/s valor recomendado.

o Tipo de perfil del suelo 1, véase tabla 2.6 en el marco teórico

o Periodo de vibración 1, debido que en el Estado Zulia no se ocurren

frecuentemente sismos.

Al conocer cada uno de los datos especificados anteriormente se realiza el

proceso de cálculo manual explicado en el apéndice A, en lo cual se puede concluir que

para el procedimiento de cálculo de barras, implica el uso de ecuaciones con variedad

de constantes que se obtienen de la información suministrada por fabricantes de

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conductores eléctricos y aisladores, al igual que otros para considerar los efectos

térmicos, sísmicos entre otros Para el cálculo de la temperatura de los conductores se

deben tener en cuenta dos aspectos, el eléctrico y el meteorológico, siendo este un

tema importante a ser tenido en cuenta, ya que los parámetros meteorológicos

influencian el estado térmico del conductor, éste está afectado principalmente por la

velocidad del viento, su dirección y turbulencia, la temperatura ambiente y la radiación

solar.

Generalmente en este proceso, es necesario verificar que ciertos parámetros

cumplan especificaciones previamente definidas, apegadas a la correspondiente

normativa, y por ello, es usual repetir cálculos hasta lograr satisfacer los criterios

preestablecidos, por lo cual se vuelve tedioso y fastidioso, además el tiempo de cálculo

global para diseñar una subestación es sumamente alto sin estar seguros si podamos

usar el material de la barra pre-seleccionada.

Por ende, para disminuir este tiempo, para aprovecharlo en otros tipos de

estudios o actividades intrínsecas de la ingeniería de diseño se desarrollo un software

que facilite el proceso de diseño de las barras flexibles de una subestación eléctrica,

sistematizando el amplio y tedioso conjunto de consideraciones técnicas y cálculos

asociados, garantizando la precisión de los mismos, y asegurando el cumplimiento de lo

establecido en las normas vigentes que rigen a este tipo de instalaciones eléctricas.

4.2.- REQUERIMIENTOS DEL SOFTWARE

El software a diseñar debe ser capaz de:

Permitir el diseño utilizando conductores flexibles de acero, aluminio, aleación de

aluminio (ACSR).

La selección del calibre del conductor se debe realizar utilizando el criterio de

ampacidad.

A partir del nivel de tensión, seleccionar la cantidad de aisladores que integran

una cadena de aislamiento.

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Debe soportar el nivel de cortocircuito requerido para el diseño.

La longitud del vano determinara la flecha máxima del conductor y tensión

máxima horizontal en la cadena de aisladores

Diseñar Barras flexibles para cualquier frecuencia del sistema.

Corregir el número adimensional Nusselt a partir del anglo de incidencia

Para datos predeterminados por algún otro estudio se debe visualizar en una

pantalla para conocer el empleo de dichos datos.

A partir de la temperatura inicial y final determinar la densidad de cortocircuito

para cualquier tiempo del mismo

Conociendo la altitud y la temperatura ambiente calcular la densidad relativa del

aire, presión del aire y campo eléctrico disruptivo critico (Efecto corona).

Determinar el coeficiente de Maxwell que se calcula como una matriz conociendo

los datos técnicos de la barra.

Poder calcular matrices inversas para determinar la capacitancia máxima y a

partir de ello conocer la carga máxima.

Calcular el campo eléctrico disruptivo máximo a partir del nivel de tensión del

sistema, coeficiente de Maxwell, datos técnicos de la barra y número de

conductores por fase para disminuir el efecto corona

La pre-selección de la barra flexible no debe presentar efecto corona.

Cuando no se conozcan algunos datos del sistema el software tomara por

defecto valores recomendados para el diseño de la barra flexible.

4.3.- FILOSOFIA DE OPERACIÓN DEL SOFTWARE

Debido a los requerimientos del software fue necesario crear la arquitectura y

diagramas de flujo del mismo, es por ello que la herramienta computacional se dividido

en 3 módulos, entre ellos:

Módulo de Ingresar Datos

Módulo de Calcular, que a su vez se divide en cuatro sub- módulos

Sub- Módulo Seleccionar Calibre del Conductor para Ampacidad

Sub- Módulo de cálculo de flecha máxima

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Sub- Módulo de tensión máxima horizontal

Sub- Módulo de Comprobación de efecto corona

Módulo de salida

4.3.1- DIAGRAMAS DE FLUJO

En los anexos se encuentra detallado los diagramas de flujo para cada uno de los

mencionados módulos, especificando su respectivo modo de operación.

4.4.- ASPECTOS GENERALES DEL SOFTWARE

4.4.1- NOMBRE DEL SOFTWARE

El nombre asignado para el software diseñado durante el trabajo especial de

grado es DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009. El mismo hace referencia al diseño

de barras flexibles en subestaciones eléctricas.

4.4.2- DISEÑO DEL SOFTWARE

DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009 ha sido desarrollado con el entorno de

programación Microsoft Visual C # 2008. Con este programa se van a realizar tanto las

pantallas como los iconos a programas y el lenguaje de programación todo en el mismo

programa. El mismo ha sido probado con éxito en los siguientes sistemas operativos de

32 bits de Microsoft: Windows XP y Windows Vista.

El software ha sido desarrollado para satisfacer las necesidades de usuarios bien

diferenciados, es decir, estudiantes de ingeniería eléctrica y profesionales de la

ingeniería eléctrica. Los primeros necesitan un programa que les ayude a afianzar su

aprendizaje, mientras que los segundos tienen una necesidad real en su entorno

laboral, problemas en particular que necesitan resolver con la mayor simplicidad

posible.

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El satisfacer las necesidades de los estudiantes es algo más complicado que la

de los profesionales, ya que los primeros necesitan llegar más a fondo en la solución de

problemas, mientras que los segundos, básicamente, sólo necesitan resultados.

4.4.3- CRITERIOS

El software DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009 está proyectado para diseñar

barras flexibles en una subestación eléctrica. Asimismo, los componentes necesarios

para el mismo, son los datos técnicos de la barra flexible, los datos ambientales y

funcionamiento que corresponden a los datos de entrada y salida, es decir, los

resultados obtenidos los cuales son manejados por dicho software

Se utiliza el método de cálculo expresado en el capítulo II de la presente

investigación, donde el software DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009 calcula la

temperatura superficial del conductor, Efecto corona y Evaluación de Cargas, entre

otros, de manera automática a partir de los datos ingresados y los datos de salida

calculados son los resultados obtenidos que permiten conocer los datos técnicos de la

barra flexible para su diseño en una subestación eléctrica.

4.4.4- REQUISITOS DEL SISTEMA

Se requieren los siguientes componentes de hardware y software para poder

utilizar el software DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009:

Un computador con sistema operativo Microsoft Windows de 32 bits como son:

Windows XP ó Windows Vista.

Procesador 80586 o superior.

Monitor VGA y dispositivo de salida de video con una resolución mínima de

640x480.

Una impresora es requerida para la impresión en papel de los datos de entrada y de

salida.

Dispositivo Mouse (ratón).

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Internet Explorer. No se requiere el servicio de internet, solamente las librerías que

actualizan al sistema operativo.

Se requiere unidad de lectura de CD-ROM para la instalación del paquete y espacio

en disco duro.

4.4.5- REQUISITOS DEL USUARIO

El usuario debe cumplir con un mínimo de requisitos para poder manejar del

software DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009, así como para comprender e

interpretar correctamente los datos de entrada y de salida arrojados por el mismo.

El usuario debe ser un profesional o estudiante de Ingeniería Eléctrica.

En caso de no ser ingeniero en el área deberá haber aprobado el curso de

Análisis de Sistemas de Potencia y haber aprobado o estar cursando la asignatura

Diseño de Subestaciones Eléctricas.

Deberá dominar y comprender las bases teóricas que comprenden el capítulo II de

este trabajo de investigación, donde se fundamenta el diseño del software DISEÑO

DE BARRAS FLEXIBLES 2009.

Tener experiencia en el empleo de herramientas de software, características de la

plataforma operativa Microsoft Windows, ya que esto facilitaría el manejo del

mencionado software.

4.5- MANUAL DE USUARIO

4.5.1- INSTALACIÓN DEL SOFTWARE DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES

2009.

Para utilizar el programa, este debe ser instalado en el computador donde se

ejecutará. El proceso de instalación del programa se iniciará de forma automática en la

mayoría de los computadores cuando se inserte el CD de DISEÑO DE BARRAS

FLEXIBLES 2009 en la unidad de CD-ROM. En este caso, se mostrará una ventana

similar a la que se muestra en la Figura 4.1

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Figura 4.1 Ventana de presentación para la instalación del software

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

En caso de que el proceso de instalación no se inicie automáticamente, el usuario

deberá iniciarlo de forma manual. El sistema operativo Microsoft Windows ofrece varias

maneras de realizar esta tarea; una de ellas consiste en cargar la ventana ‘Ejecutar’

desde el menú ‘Inicio’ y escribir “D:\Autorun.exe” como se muestra en la Figura 4.2,

asumiendo que la letra de unidad ‘D’ corresponde a la unidad de CD-ROM en donde se

ha insertado previamente el CD de instalación de DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES

2009. En la ventana de presentación (Figura 4.1) se debe hacer clic sobre las letras de

color, después de lo cual se muestra la pantalla de bienvenida (Figura 4.2).

Figura 4.2 Ventana de bienvenida a la instalación del software

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

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Al presentarse la ventana de bienvenida, el usuario deberá seleccionar el botón

‘Aceptar’ para iniciar el proceso de instalación. Si se desea cancelar dicho proceso, el

usuario podrá seleccionar el botón ‘Salir’.

Seguidamente aparecerá una ventana similar a la mostrada en la Figura 4.3, Con

la cual el usuario podrá cambiar si lo desea la ubicación en disco (el directorio) donde

se desea instalar el programa. La ubicación por defecto es “C:\Archivos de programa\

DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009 y es por lo general la aceptada por el usuario y

la más recomendada.

Figura 4.3 Ventana con botón para inicio de la instalación del software

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

Para cambiar el directorio de instalación se debe seleccionar el botón ‘Cambiar

directorio’. Para continuar con la instalación el usuario deberá seleccionar el botón con

el dibujo de un computador sobre él, que se puede apreciar en la Figura 4.3

La ventana siguiente será similar a la que se muestra en la Figura 4.4, con la cual

se puede seleccionar el nombre del grupo de programas del menú inicio donde se

colocarán los accesos al software Diseño de barras flexibles 2009. Se recomienda

utilizar el nombre asignado por defecto, DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009 y

seleccionar el botón ‘Continuar’ para seguir con la instalación.

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Figura 4.4- Ventana para la selección del grupo de programas para la instalación

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

Hasta este punto, ya se ha recolectado la información necesaria para el proceso de

instalación del Software Diseño de Barras Flexibles 2009 y aparecerá entonces una

ventana como la que se muestra en la Figura 4.5, la cual le indica al usuario el progreso

de la instalación mediante una barra horizontal que se irá rellenando de izquierda a

derecha.

Figura 4.5 Ventana con indicador del progreso de la instalación del software

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

Finalmente se mostrará un cuadro de diálogo indicando el fin de la instalación, como

se muestra en la Figura 4.6. Se debe seleccionar el botón ‘Aceptar’ para finalizar

totalmente el proceso de instalación, después de lo cual sólo será necesario cargar

desde el menú inicio del software Diseño de Barras Flexibles 2009 para comenzar a

usarlo. El acceso al programa desde el menú inicio se encontrará en el nombre del

grupo de programas seleccionado a través de la ventana de la Figura 4.5.

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Figura 4.6. Ventana que indica el fin de la instalación del software

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

4.5.2- VENTANA PRINCIPAL DEL PROGRAMA.

Cada vez que se carga el software Diseño de Barras Flexibles 2009 comienza

siempre con un nuevo archivo, y queda listo para insertar los datos del sistema de

subestaciones que se desea diseñar. En la Figura 4.7 se muestra la ventana principal

del programa.

Figura 4.7 Ventana principal del software Diseño de Barras Flexibles 2009

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

Aquí se distinguen cinco partes fundamentales en las cuales se subdivide el área de

trabajo que son:

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El menú.

La barra de herramientas principal.

Área de datos del sistema.

Área de datos generales.

Tabla de valores.

4.5.3- LA BARRA DE MENÚ.

Contiene todos los comandos disponibles en el programa. Se puede acceder al

menú utilizando un dispositivo ratón (mouse), aunque su principal utilidad consiste en su

capacidad de accederlo a través del teclado manteniendo presionada la tecla Alt más la

letra subrayada del comando de menú que se desea ejecutar. Esta propiedad del menú

es indispensable para aquellos computadores que no tienen instalado un dispositivo

ratón. El menú del software Diseño de Barras Flexibles 2009 se muestra en la Figura

4.8.

Figura 4.8. La barra de Menú del software Diseño de Barras Flexibles 2009.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

Algunos comandos de menú tienen un código de teclado para acceder a ellos

inmediatamente, sin necesidad siquiera de dirigirse de manera alguna al menú. Este

código está indicado del lado derecho del comando de menú en cuestión tal como se

puede apreciar en la Figura 4.9. Por ejemplo, si el usuario está insertando datos del

sistema y desea almacenar en disco los datos insertados, sólo tiene que presionar

simultáneamente las teclas ‘Control’ y ‘G’.

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a) EL MENÚ ‘ARCHIVO’

En la Figura 4.9 se muestran los comandos disponibles para el menú archivo.

Estos comandos gestionan (crear nuevo archivo en blanco, abrir, guardar en disco,

entre otros.) Los archivos manejados por el software Diseño de Barras Flexibles 2009.

Figura 4.9. Menú ‘Archivo’ desplegado, donde se muestran todos sus comandos.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

b) EL COMANDO DE MENÚ ‘NUEVO’

También puede ser accedido a través de la barra de herramientas haciendo clic

sobre el botón o presionando las teclas de acceso rápido ‘Ctrl+N’.

Este comando prepara el programa para insertar los datos necesarios para un

nuevo sistema de subestación a diseñar. Serán borrados todos los datos previamente

insertados, y otros datos generales tomarán valores por defecto como se listan en la

Tabla 4.1. Estos valores por defecto son tomados, también, cuando el software Diseño

de Barras Flexibles 2009 está recién cargado.

Tabla 4.1. Valores por defecto que adquieren los campos del área de datos generales

DATO DEFECTO CARACTERISTICAS DE LA BARRA EN BLANCO CONDICIONES AMBIENTALES EN BLANCO FUNCIONAMIENTO EN BLANCO DATOS ADICIONALES EN BLANCO

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

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Este comando asigna un nombre por defecto al archivo nuevo que se está creando:

‘Sin título’. Este nombre de archivo puede ser cambiado posteriormente al momento de

guardar los cambios realizados.

c) EL COMANDO DE MENÚ ‘ABRIR’

Este comando también puede ser ejecutado a través de la barra de

herramientas haciendo clic sobre el botón o presionando las teclas de acceso rápido

‘Ctrl+A’.

Este comando muestra un cuadro de diálogo que permitirá buscar en las

unidades de disco y subdirectorios el archivo que se desea cargar, el cual debió ser

creado previamente por el software Diseño de Barras Flexibles 2009. En la Figura

4.10, se muestra el cuadro de diálogo ‘Abrir’, el cual debe ser familiar para aquellos

usuarios de programas en ambiente Windows. Con esta ventana se gestionan archivos

y directorios para abrir y guardar datos en disco.

Figura 4.10. Ventana de diálogo común del sistema operativo Windows.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

La extensión asociada a los archivos utilizados por el software Diseño de Barras

Flexibles 2009 es ‘.dbf’, abreviatura de ‘Diseño de Barras Flexibles’. Este archivo

almacena la información completa de todos los elementos del sistema a diseñar

(características de la barra, condiciones ambientales, funcionamiento operativo) y los

datos generales (caso de estudio, valores adicionales necesarios para el corrimiento del

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diseño, y datos de salida). Este archivo no almacena las opciones accedidas a través

del comando de menú ‘Opciones’ o a través del botón en la barra de herramientas.

d) EL COMANDO DE MENÚ ‘GUARDAR’

También puede hacer clic sobre el botón en la barra de herramientas o presionar

las teclas de acceso rápido ‘Ctrl+G’ para acceder a este comando. Este comando

almacena en disco los datos del sistema de potencia y los datos generales en un

archivo con la extensión ‘.dbf’. Este comando puede hacer un llamado al comando

‘Guardar como’ de forma automática cuando sucedan uno o varios de los siguientes

eventos:

El usuario intenta guardar el archivo en una unidad que es de sólo lectura, bien

porque ésta está protegida (discos flexibles de 3½), porque la unidad consiste en

un lector de CD-ROM o porque no se tiene el permiso de guardar en la unidad

por parte de un administrador de red.

El nombre actual del archivo es ‘Sin título’.

El usuario intenta sobrescribir un archivo que es de sólo lectura.

e) EL COMANDO DE MENÚ ‘GUARDAR COMO’

Este comando no es accesible a través de la barra de herramientas, pero también

puede ser ejecutado presionando las teclas de acceso rápido ‘Ctrl+C’. Este comando

abre un cuadro de diálogo con el fin de seleccionar la unidad de disco, el directorio y el

nombre del archivo en el cual se desea guardar los datos del sistema de subestación y

los datos generales. Este cuadro de diálogo es mostrado incondicionalmente mediante

este comando, a diferencia del comando de menú ‘Guardar’.

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f) EL COMANDO DE MENÚ ‘SALIR’

Este comando tiene el mismo efecto que el código de teclas de acceso rápido

‘Alt+F4’, o el botón , el cual se encuentra en la esquina superior derecha

de la ventana principal del software Diseño de Barras Flexibles 2009. Este comando

cierra el programa y libera la memoria utilizada por éste. En el caso de que no se haya

almacenado en disco los últimos cambios realizados en los datos insertados, aparecerá

una ventana como se muestra en la Figura 4.11, en la cual el usuario podrá seleccionar

‘Sí’ en el caso de que desee guardar los cambios realizados, ‘No’ en el caso de que

desee ignorarlos o ‘Cancelar’ si ya no quiere descargar el programa y desea seguir

usándolo.

Figura 4.11. Ventana de confirmación para guardar en disco los datos insertados o

modificados.

Fuente: Diseño de Barras Flexibles 2009

g) EL MENÚ ‘INSERTAR’

En la Figura 4.12 se muestra el menú ‘Insertar’. Contiene los comandos

necesarios para la inserción de datos sobre la topología del sistema a diseñar. Estos

comandos también pueden ser ejecutados a través de la barra de herramientas que se

encuentra en el área de ‘Datos del Sistema’. Los comandos presentes en este menú se

explicarán con más detalles en la sección 4.7.2

Figura 4.12 Menú ‘Insertar’ desplegado mostrando sus comandos.

Fuente: Diseño de Barras Flexibles 2009

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h) EL COMANDO DE MENÚ ‘CALCULAR’

También puede ser accedido a través de la barra de herramientas principal

haciendo clic sobre el botón . Este comando inicia el diseño de la barra flexible. Se

darán más detalles.

i) EL MENÚ ‘CALCULADORA’

Los comandos presentes en este menú permiten ejecutar los programas

autónomos de calculadoras, con el fin de permitir y facilitar al usuario la realización de

cualquier operación matemática que pueda requerir al momento de insertar los datos de

entrada.

En la Figura 4.13 se muestra el menú ‘Calculadora’; en ella se observan los

comandos de menú que permiten cargar la calculadora de Windows y una realizada por

el mismo programa dando las funciones necesarias que requiere el programa. Del lado

derecho de la Figura 4.19 se muestran las teclas de acceso rápido de estos comandos.

Estos códigos de teclado funcionarán en cualquier ventana del software Diseño de

Barras Flexibles 2009.

Figura 4.13 Menú ‘Calculadora’ mostrando sus respectivas opciones.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

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4.5.4- LA BARRA DE HERRAMIENTAS PRINCIPAL

La barra de herramientas consiste en una serie de botones agrupados por debajo

del menú. Su aspecto se muestra en la Figura 4.14.

Figura 4.14 Barra de herramientas principal del software Diseño de Barras Flexibles 2009.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

Su función es la de servir como acceso alternativo a los comandos del menú, y

se utiliza a través del dispositivo ratón. Cada botón de la barra de herramientas principal

consiste en un recuadro con un pequeño dibujo que pretende darle al usuario una idea

intuitiva y nemotécnica de su función. Asimismo, cada botón mostrará una pequeña

descripción en forma de texto cuando se posicione el puntero del ratón sobre el botón

en cuestión. Todos los comandos y opciones presentes en la barra de herramientas

principal ya han sido explicados en la sección 4.5.

4.5.5- ÁREA DE DATOS DEL SISTEMA

Esta es la parte de la ventana principal del software Diseño de Barras Flexibles

2009 que permite insertar los datos de los elementos que componen el sistema de

potencia. Como se puede ver en la Figura 4.15, esta área consiste básicamente en 5

fichas correspondientes a cada tipo de elemento, una barra de herramientas y el listado

de elementos de cada ficha.

Todas estas partes son detalladas en las secciones siguientes.

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Figura 4. 15 Área de la ventana principal donde se insertan los datos del sistema de

potencia.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

4.5.6- CAMPO ‘CASO’

Es común en los estudios a grandes escalas que se realicen varias corridas de

los programas, correspondientes a simulaciones diferentes; por tal motivo, cada uno de

estos estudios debe llevar un nombre que lo distinga. Este nombre distintivo

corresponde al ‘Caso’ de estudio, y será impreso en el encabezado de todos los

reportes arrojados por el software Diseño de Barras Flexibles 2009.

4.5.7- EL BOTÓN ‘ACEPTAR

Se ejecuta haciendo clic con el ratón sobre el botón, o presionando

simultáneamente las teclas ‘Alt+A’ o presionando la tecla ‘Enter’. Se puede ver en la

Figura 4.16.

Figura 4.16 Botón ‘Aceptar’, el cual aparece en varias ventanas del software

Diseño de Barras Flexibles 2009.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

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Mediante este botón se dará por entendido al software Diseño de Barra Flexible

2009 que ha finalizado la inserción o modificación de datos del elemento.

Inmediatamente, el programa verificará que todos los datos han sido debidamente

insertados. De ser así, se cerrará la ventana, los datos serán almacenados en memoria

y la descripción dada al elemento que se está insertando aparecerá sobre la ficha que

le corresponde.

En caso contrario, el software Diseño de Barras Flexibles 2009 mostrará un

mensaje de error indicando al usuario el error cometido, y se resaltará aquel campo en

el cual se cometió dicho error.

4.5.8- EL BOTÓN ‘CANCELAR’

Puede ser accedido haciendo clic con el ratón sobre el botón, o presionando

simultáneamente las teclas ‘Alt+C’, o presionando la tecla ‘Esc’, o haciendo clic con el

ratón en el botón que se ubica en la esquina superior derecha de la ventana. Se puede

ver en la Figura 4.22.

Figura 4.17 Botón ‘Cancelar’, el cual aparece en varias ventanas del software

Fuente: Diseño de Barras Flexibles 2009.

Este botón cerrará la ventana de datos e ignorará cualquier cambio que haya

realizado sobre los campos de datos.

En general, cualquier botón con la etiqueta ‘Cancelar’ presente en alguna

ventana del software Diseño de Barras Flexibles 2009 cerrará la ventana en cuestión

e ignorará cualquier cambio realizado en dicha ventana.

4.5.9- VENTANA ‘FUNCIONAMIENTO’

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En la Figura 4.17 se muestra la ventana que se abre al momento de agregar o

editar los datos. Entre ellos se encuentra los datos en para el diseño de la subestación

explicados en la siguiente sección , y los botones ‘Aceptar’ y ‘Cancelar’ explicados en la

sección 4.6.1 y la sección 4.6.2 respectivamente.

Figura 4.18 Ventana para la inserción de datos de las máquinas rotatorias.

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

4.5.10- EL CAMPO ‘CORRIENTE NOMINAL’

En este campo se debe indicar la corriente nominal de la subestación en A, y al

igual que la potencia nominal es determinante en el cambio de base de las impedancias

de la máquina en el caso en que estén expresadas en p.u. En caso contrario, este dato

no será requerido por el software Diseño de Barras Flexibles 2009.

4.5.11- EL CAMPO ‘CORRIENTE DE EMERGENCA’

En este campo se debe indicar la corriente de emergencia de la subestación en

A, que puede soportar en el conductor en dichas condiciones.

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4.5.12- EL CAMPO ‘NIVEL DE TENSIÓN’

En este campo se debe indicar la tensión nominal de la subestación en kV, y al

igual que la potencia nominal es determinante en el cambio de base de las impedancias

de la máquina en el caso en que estén expresadas en p.u. En caso contrario, este dato

no será requerido por el software Diseño de Barras Flexibles 2009.

4.5.13- EL CAMPO ‘LONGITUD DE LA BARRA’

En este campo se debe indicar la longitud del vano en metros (m) de la

subestación, que no es más que la distancia entre apoyos.

4.5.14- EL CAMPO ‘FRECUENCIAL DEL SISTEMA’

En este campo se debe indicar la frecuencia del sistema en Hz s, que es la

frecuencia nominal a la cual trabajaran los equipos de la subestación.

4.5.15- VENTANA ‘CARACTERISTICAS DE LA BARRA’

En la Figura 4.18 se muestra la ventana ‘Características de la Barra’. Los

parámetros de los recuadros serán llenados automáticamente al seleccionar el campo

material de la barra, en el cual es seleccionado dependiendo de la corriente nominal

utilizada en la ventana funcionamiento 4.19

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Figura 4.19 Ventana para la inserción de datos de la Barra

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

Los parámetros de la característica de la Barra se ingresan a través de dos

recuadros contenidos en esta ventana, y que son:

Selección del material: este recuadro contiene las características del material

seleccionado el cual se observa en el Capítulo 2 tabla 2.1 el cual cada uno de los

datos será seleccionado para realizar el cálculo .

Corriente asignada: este recuadro es la corriente que puede soportar la barra la

cual se puede seleccionar una diversa cantidad véase en los Anexos tabla 2.

Cada uno de estos recuadros si el usuario tiene otro tipo de material con

diferentes especificaciones de corriente asignada podrá ingresarlos seleccionando

nuevo material.

4.5.16- VENTANA ‘CONDICIONES AMBIENTALES’ En la Figura 4.20 se muestra la ventana ‘Condiciones ambientales’. Los

parámetros meteorológicos de la zona en la cual se va a diseñar la subestación

eléctrica donde se necesitan diversidad de factores explicados

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Figura 4.20 Ventana para la inserción de datos de Condiciones Ambientales Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

En esta ventana se especifican los datos necesarios para realizar las pérdidas

debido a las condiciones ambientales, las cuales se necesitan:

Temperatura ambiente: temperatura ambiente a la cual será diseñada la

subestación eléctrica.

Valor promedio de radiación solar: este valor se encuentra tabulado para la zona

del trópico en 1150 W/m si se encuentra en alguna otra zona el usuario la puede

cambiar a placer.

Velocidad del viento: valor del viento en donde se va a diseñar la subestación

eléctrica valor recomendado 0.5 m/s.

Altitud: es la altura medida desde el nivel del mar hasta donde se va a diseñar la

subestación eléctrica medida en metros (m).

Coeficiente de absorción de la superficie del conductor: en este recuadro se

tienen tabulado 3 valores los cuales al ser seleccionado se especifica el material

a utilizar.

Radiación solar: es la cantidad de energía por metros emitida por el estrella solar

en la zona donde se va a diseñar la subestación eléctrica.

Corrección del Nusselt: en este recuadro se encuentran 3 opciones se corrección

del numero adimensional Nusselt en cual varía dependiendo de la incidencia del

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ángulo de inclinación del viento sobre el conductor, para 90 grados es simple, y

180 grados flujo paralelo como se observa figura 4.21

Figura 4.21 Corrección del Nusselt Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

4.5.17- VENTANA ‘DATOS ADICIONALES’ En la Figura 4.22 se muestra la ventana ‘Datos adicionales’. Los parámetros de

los recuadros son los utilizados para satisfacer los requerimientos para el

procesamiento de cálculos establecido por la normativa vigente

Figura 4.22 Ventana para la inserción de datos de Datos adicionales. Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

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En esta ventana se muestran recuadros importantes para el diseño de la barra en

los cuales podemos mencionar los más importantes como son:

Número de conductores por fase (n) : el cual determina el número de conductores

necesarios para evitar el efecto corona

Temperatura inicial y final de cortocircuito: son las temperaturas a las cuales se le

realizaran las pruebas de cortocircuito al material.

Factor de exposición del terreno: en los cuales hay 4 tipos que se pueden elegir

si se le da al botón (ver) se mostrara la tabla en el cual contiene cada tipo de

factor que muestra el tipo de terreno donde se va a diseñar la subestación

eléctrica.

Tipo de perfil de suelo: en los cuales hay 4 tipos que se pueden elegir si se le da

al botón (ver) se mostrara la tabla en el cual contiene cada tipo de factor que

dependen del factor de exposición

4.5.18-INICIAR EL DISEÑO DE BARRA FLEXIBLE

Una vez ingresados todos los datos necesarios para una corrida del software, se

procede entonces a seleccionar el comando ‘Calcular’ del menú, o hacer clic con el

ratón sobre el botón de la barra de herramientas principal. Inmediatamente, el software

Diseño de Barras Flexibles 2009 comenzará a realizar todos los cálculos necesarios

al mismo tiempo que ejecuta otras acciones de chequeos de errores tales como:

Verificar la correcta inserción de los valores base del sistema.

Verificar la correcta inserción de la información relativa al recuadro ‘Datos

adicionales’ (ver Figura 4.11).

4.5.19- LOS RESULTADOS Los reportes son los encargados de imprimir por pantalla y por papel los datos de

entrada y de salida del software Diseño de Barras Flexibles 2009.

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Aparecen reportes mostrando el total de elementos del sistema de potencia

cuando se activa el comando ‘Ver todos’ del menú ‘Insertar’ o a través de la barra de

herramientas principal, haciendo clic sobre el botón , como se explicó en la sección

4.5.11. Todos los comandos del menú ‘Salidas’ muestran reportes con los

resultados obtenidos por el software Diseño de Barras flexibles 2009, como se explicó

en la sección 4.5.5.

Figura 4.23. Tabla de resultados de los valores calculados y material y nivel de tensión seleccionado

Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

4.5.20- LA VENTANA ‘AYUDA’ A través de esta ventana (Figura 4.24) el usuario podrá cambiar las opciones en

lo que al funcionamiento del software Diseño de Barras Flexibles 2009 se refiere.

Las configuraciones modificadas a través de la ventana ‘Opciones’ son

guardadas en el registro de configuraciones que el sistema operativo ‘Windows’

almacena para cada usuario. Esto quiere decir que cada usuario de una misma estación

de trabajo podrá tener sus propias configuraciones del software Diseño de Barras

Flexibles 2009, y éstas se aplicarán para todos los estudios de diseño de una

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subestación eléctrica que realice dicho usuario. Ninguna de las configuraciones

realizadas en la ventana ‘Opciones’ se almacena en los archivos de tipo ‘dbf’.

Figura 4.24 Ventana ‘Ayuda’ mostrando la ficha ‘Generales’ Fuente: Diseño de Barras flexibles 2009

4.5.21- LA FICHA DE OPCIONES ‘GENERALES’

EL CAMPO ‘USUARIO’ En este campo el usuario podrá escribir su nombre. Éste aparecerá con el

subtítulo ‘Realizado por:’ en cada uno de los reportes impresos por el Software Diseño

de Barras Flexibles 2009.

LA OPCIÓN ‘LIMPIAR CAMPOS CADA VEZ QUE SE AGREGUE UN ÍTEM’

Por defecto, esta opción está deshabilitada. En este caso, cada vez que se

agreguen elementos del sistema de potencia (Material pre-seleccionado (características

de la barra), Condiciones ambientales, Funcionamiento del sistema, Datos adicionales

para el corrimiento del cálculo), los campos de datos aparecerán llenados con los datos

del elemento insertado anteriormente. Esta propiedad es particularmente útil cuando se

van a insertar varios elementos cuyos datos son exactamente iguales o semejantes, en

cuyo caso el usuario sólo tendrá que escribir los datos al insertar el primero de estos

elementos. Si por alguna razón el usuario se siente incómodo con esta propiedad,

deberá habilitar esta opción para que los campos aparezcan vacíos cada vez que se

vaya a agregar un elemento del sistema a diseñar.

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4.6- COMPROBACIÓN DE RESULTADOS

Este capítulo tratará el delicado punto de la validación del software Diseño de

Barras Flexibles 2009. En otras palabras, se pretende demostrar que los resultados

arrojados por el software mencionado son correctos. Un programa de computadora, o

software, se valida con un procedimiento bastante simple e intuitivo: se introducen al

programa datos de entrada pertenecientes a un problema cuyos resultados se conocen

previamente de fuentes confiables de textos de autores reconocidos, y luego se

comparan con los resultados arrojados por el programa en cuestión. Parece bastante

simple, pero es importante resaltar ciertos aspectos a la hora de seleccionar los

problemas que servirán para la validación.

Caso 1: se ha seleccionado un sistema a diseñar de barras flexibles al ejemplo h

capítulo 8 del texto del autor Harper, Gilberto Henríquez. Este sistema presenta

características particulares que, en donde se calculan los efectos de las cadena

de aisladores en el diseño de las barras flexibles que cumple el software Diseño

de Barras Flexibles 2009, por lo que la validación de estos procedimientos es

obligatoria

Caso 2: se han calculado manualmente los demás requerimientos para el diseño

de barras flexibles según la normativa vigente donde se evidencia los resultados

de cada uno de los módulos de cálculos del software.

Cada uno de estos problemas se presentará sus datos de entrada y de salida, tal

como están indicados en sus fuentes originales. Asimismo, los datos de entrada y de

salida entregados por el software Diseño de Barras Flexibles 2009 se mostrarán sin

transcripciones intermedias. Cada problema será descrito, comparado y comentado con

detalle.

Separadamente, se transcribirán los resultados obtenidos por ambas fuentes (el

software Diseño de Barras Flexibles 2009 y el problema referencia) hacia tablas para

facilitar la comparación. En cada celda de estas tablas se ubicará en una subdivisión

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superior el resultado calculado por el software desarrollado, y en una subdivisión inferior

el resultado proveniente del problema de referencia, como se ilustra en la tabla 4.1. Se

mostrarán las diferencias relativas porcentuales en una subdivisión derecha en cada

celda. Para ello se utilizará la siguiente fórmula

Ecuación 4.1

Se asumirá que el valor obtenido con el software Diseño de Barras Flexibles

2009 es aproximado aunque, internamente, éste trabaja con ochos decimales de

precisión. Asimismo se asumirá que el resultado proveniente de los textos y cálculos

manuales.

CASO 1: Efecto de Cadena de aisladores

Se comenzará por comparar un sistema a diseñar de barras flexibles al ejemplo

h capítulo 8 (página 529) del texto del autor Harper, Gilberto Henríquez. Este sistema

presenta características particulares que, en donde se calculan los efectos de la cadena

de aisladores en el diseño de las barras flexibles.

Este ejemplo tiene interesantes particularidades que permitirá comprobar lo

siguiente:

Determinar el número de aisladores según nivel de tensión del sistema a diseñar.

Calcular la flecha de la cadena de aisladores en el sistema.

En el Apéndice ‘A’ se muestran los datos de entrada y de salida de este ejemplo

tal y como aparecen en el texto.

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Tabla 4.1 COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS ARROJADOS POR EL SOFTWARE DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009 Y Harper.

Diseño de Barras

Flexibles 2009

Harper, Gilberto

Henríquez

Número de

Aisladores

10 10 0

Flecha de la cadena

de aisladores

0.116 0.116 0

Fuente propia (Cordero 2009)

Donde se evidencia que el porcentaje de error es del 0%

CASO 2: Cálculos manuales efectuados para el diseño de barras flexibles

Se utilizan los mismos datos del ejemplo de Harper (2002) y se calcularon las

pérdidas generadas por las condiciones ambientales, la tensión máxima horizontal,

flecha máxima del conductor y comprobación del efecto corona.

El cálculo manual realizado es sumamente extenso y tedioso por lo cual se

dividió en módulos para dividir criterios de diseño en los apéndices B, C y D se

muestran detallados los módulos de cálculos que deben realizar el software para

satisfacer la norma de diseño vigente.

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Tabla 4.2 COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS ARROJADOS POR EL SOFTWARE DISEÑO DE BARRAS FLEXIBLES 2009 Y CALCULOS MANUALES

Diseño de

Barras Flexibles

2009

Cálculos

Manuales

Dif.

Absoluta

Carga de Peso Propio 15.974 15.974 0

Carga debido a los

Efectos de Cortocircuito

31.423 31.422 0.001

Carga debido al Viento 0,131 0,1311 0.0001

Carga del Sismo 2.492 2.491 0.001

Carga por Hielo y Efecto

del Viento

16.009 16.008 0.001

Carga Total sobre el

Conductor

52.55 52.5501 0.0001

Flecha de la Cadena de

Aisladores

0,116 0,116 0

Fuente propia (Cordero 2009)

Estos valores son calculados después de una serie de iteraciones para obtener la

temperatura superficial del conductor. Donde se puede observar no hubo diferencia

absoluta para los valores obtenidos correspondientes a la carga del peso propio y la

flecha de la cadena de aisladores; mientras si se encontró errores muy pequeños en

los valores asociados a las cargas de los efectos de cortocircuito, sismo, hielo, efecto

del viento y carga total sobre el conductor.

Para determinar el porcentaje de desviación máxima en el modulo flecha máxima

se utilizó la ecuación 4., en la cual se tomó como valor exacto la cantidad emitida por el

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programa, y como valor aproximado para la carga por Hielo y Efecto del Viento el

obtenido mediante el procedimiento manual:

Dado que este porcentaje de desviación máximo fue , es un valor

insignificante, quedo constada la validez y exactitud de los resultados emitidos por la

herramienta computacional desarrollada, con lo cual queda garantizado el adecuado

diseño de barras flexibles asistido con este software.

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CONCLUSIONES

Una vez cubiertos todos los objetivos planteados en la presente investigación se

pueden emitir las siguientes conclusiones:

El Diseño de Barras Flexibles involucra una alta cantidad de cálculos extensivos y

tediosos, pues se debe tener un alto conocimiento en las constantes así como

valores técnicos que son suministrados por fabricantes de conductores eléctricos

como también de sus respectivos aisladores; para cumplir ciertos parámetros

establecido en la normativa vigente, y por ello, es usual repetir esos cálculos

hasta lograr satisfacer los criterios preestablecidos, con lo cual es necesario

invertir gran cantidad de tiempo en este procedimiento cuando se ejecuta

manualmente dentro del marco de diseño de una subestación, por tal motivo los

resultados pueden ser susceptibles a errores humanos y por tanto amerita de la

asistencia computacional.

La definición de los requerimientos del software fue fundamental para el

desarrollo del mismo, pues permitió identificar los parámetros y condiciones a

considerar en el diseño de una barra flexible, según las necesidades del usuario

en cumplimiento en lo establecido con la normativa, en particular el tipo de

material de la barra flexible a diseñar, las respectivas características técnicas del

conductor trenzado, el calibre del conductor, la influencia del efecto corona, la

temperatura superficial del conductor la tensión mecánica máxima horizontal y

flecha máxima.

La plataforma seleccionada para el desarrollo del software “Diseño de Barras

Flexibles 2009” fue el entorno de programación Microsoft Visual C# 2008, debido

a las ventajas que ofrece para la implementación modular de los algoritmos

matemáticos exigidos en este procedimiento y además de la facilidad para la

elaboración de las pantallas, barras de herramientas, viñetas y los iconos del

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programa, así como también por la amigabilidad que ofrece a los usuarios que

usualmente adaptados a plataformas que funciona bajo Windows.

El software elaborado en esta investigación “Diseño de Barra flexible 2009”,

cumple totalmente con los requerimientos impuestos para cumplir con los

procedimientos y parámetros establecidos por la norma vigente, requiere

componentes de hardware y software de uso común en aplicaciones de

ingeniería, y está diseñado para ser utilizado por usuarios con conocimientos en

diseño de subestaciones eléctricas y análisis de sistema de potencia, los cuales

son estudiantes de ingeniería eléctrica o profesionales en esta área; de allí que

tendrá gran aplicación para asistir el diseño de barras flexibles tanto para

profesionales como para cursos didácticos.

La herramienta computacional “Diseño de Barra Flexible 2009”, minimiza los

errores humanos pues no permite el ingreso de datos incorrectos particularmente

para aquellos casos donde se necesitan datos numéricos y el usuario introduzca

datos alfanuméricos, temperatura ambiente superiores a 90 grados, niveles de

tensión eléctricas no estandarizados, por citar algunos; en estas situaciones el

software emite una pantalla indicando la naturaleza del error.

El proceso de comprobación de resultados arrojados por el programa en

comparación con los obtenidos manualmente, permitió constatar la validez de los

resultados por la herramienta computacional ya que el error máximo obtenido fue

6.24 x10-3%.

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RECOMENDACIONES

Como complemento a las conclusiones emitidas se plantea las siguientes

recomendaciones para implementar una mejora del Diseño de Barras Flexibles:

Utilizar la herramienta computacional “Diseño de barras flexibles 2009” como

apoyo didáctico en el dictado de cursos de diseño de subestaciones eléctricas

para facilitar la enseñanza-aprendizaje del complicado proceso de cálculo

involucrado en el diseño de barras flexibles.

Difundir en el campo de los profesionales de ingeniería eléctrica las ventajas

que ofrece la herramienta computacional “Diseño de barras flexibles 2009”, para

asistir el proceso de diseño de este tipo de barra, con lo cual se podrían generar

beneficios económicos tanto para la URU como para el investigador.

Ampliar la base de datos incluyendo otros tipos de conductores comerciales de

uso común en barras flexibles para lo cual es necesario considerar catálogos con

características técnicas suministradas por fabricantes reconocidos nacionales e

internacionales.

Continuar en tesis posteriores el desarrollo de nuevos módulos para aumentar

el alcance del software para desarrollar otro software de barras rígidas,

selecciones de cadenas de aisladores, selección de sistemas de apantallamiento,

entre otros a fin de lograr al fin de reducir el tiempo empleado en el diseño de una

subestación eléctrica.

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- 138 -

BIBLIOGRAFÍA

BAVARESCO, Aura. (1997). “PROCESO METODOLÓGICO EN LA

INVESTIGACIÓN. CÓMO HACER UN DISEÑO DE INVESTIGACIÓN”. Mc Graw-

Hill. Caracas- Venezuela.

HURTADO, I. y TORO, J. (1999). “PARADIGMAS Y MÉTODOS DE LA

INVESTIGACIÓN EN TIEMPOS DE CAMBIO”. Tercera edición.

MARTÍNEZ, M. (2006) “LA INVESTIGACIÓN CUALITATIVA (SÍNTESIS

CONCEPTUAL)” Venezuela, VOL. 9 - Nº 1 - PP. 123 – 146.

MARTÍNEZ, M. (2004). “CIENCIA Y ARTE EN LA METODOLOGÍA

CUALITATIVA”. México. Editorial Trillas.

MENDEZ, E. (2003). “COMO NO NAUFRAGAR EN LA ERA DE LA

INFORMACION” Venezuela, Editorial Astillas.

RAMÍREZ, C. (1989) SUBESTACIONES DE ALTA Y EXTRA ALTA TENSIÓN.

EDITORIAL MEJÍA Villegas S.A. Medellín Colombia.

TAMAYO, M. y TAMAYO P. (2001). “EL PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN

CIENTÍFICA, (FUNDAMENTOS DE INVESTIGACIÓN CON MANUAL DE

EVALUACIÓN DE PROYECTOS)” ,México, Editorial Limusa,

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Barrios, R. y Márquez L. (2007) “DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORAS

PARA CÁLCULOS DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS A NIVEL

RESIDENCIAL”. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de

Eléctrica. Maracaibo- Venezuela

Hernández y Taborda, (2000), “DESARROLLO DE UN SOFTWARE EDUCATIVO

PARA LA CÁTEDRA TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA” Escuela Ingeniera

Computación. Universidad DR. Rafael Belloso Chacin. Maracaibo Venezuela

Ortigoza, E. y Salcedo, D.(1995) “DISEÑO DE MALLAS DE TIERRAS EN

SUBESTACIONES DE ALTA Y MEDIANA TENSIÓN CON AYUDA DEL

DERECHOS RESERVADOS

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- 139 -

COMPUTADOR DIGITAL Y UN NUEVO ALGORITMO COMPUTACIONAL”.

Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica

Maracaibo- Venezuela

IEC Publicación 865. Calculation of the Effects of Short- Circuit Currents. Geneve:

IEC, (1986).

CIGRE Study Committee 23 (Substations) Working Group 23-11 (Substations and

Environnement) ESCC Task Force (Effects of Short-Circuit Currents) (1996),

REGLAMENTO DE LA PRESENTACIÓN DE TRABAJOS DE LUZ. (2004),

Edición Extraordinaria Volumen XXXVII.

PAGINA WEB

http://books.google.co.ve/books?id=004QQ8n1D3oC&pg=PA373&lpg=PA373&dq=

calculo+de+barras+flexibles+harper&source

http://www.microsoft.com/express/vcsharp/#webInstall

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APENDICE A

Ejemplo de cálculo realizado por el autor Haper (2002), en su libro Elementos de

Diseño de Subestaciones Eléctricas para determinar la flecha de la cadena de

aisladores con los siguientes datos

Se requiere calcular la carga total para el conductor de un bus con conductores

flexibles con los datos siguientes:

Longitud del vano: 60.96 metros

Tensión nominal: 161 KV

NBI: 750 KV

Calibre del conductor: 795 KCMIL, 26/7 ACSR

Diámetro del conductor: 2.81 cm.

Peso del conductor: 15.97 N/m

Tipo de atmosfera: Pesada

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Debido al nivel de tensión utilizado se debe buscar el número de aisladores en la

siguiente tabla.

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Apéndice B

Temperatura superficial de conductores flexibles

Calentamiento por Efecto Joule

Datos:

m W/ 20)], - (T α[1 R I kP avcd2

jj

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Calentamiento Solar:

Datos:

W/mD, S P s s

Enfriamiento por Convección:

Datos:

Para determinar los valores de fλ y UN se deben emplear las siguientes relaciones:

m W / ,Nu TTλ πP asf e

m W / , T 107.2x 102.42x λ f5-5

f

C , TT 0.5 T asf

Siendo f T la temperatura de capa.

R BNU ηe190δ

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Entonces:

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Corrección Nussel:

Angulo de Incidencia:

.

Enfriamiento por Radiación:

Datos:

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Aumento de temperatura en conductores (flexibles en aire) y densidad de

corriente en corto circuito.

Sthr=

Datos:

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Para cualquier tiempo de cortocircuito

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- 153 -

Apéndice C

Después de determinar la temperatura superficial del conductor, se pasa a

comprobar que no haya efecto corona para el diseño, por lo tanto necesitamos los

siguientes cálculos :

Campo Eléctrico Disruptivo

Datos:

Coeficiente de limpieza

Coeficiente superficial

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- 154 -

Coeficiente de Maxwell

Datos:

Flecha del vano (yc), m

Del apéndice B se toda Yi =0.116m

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- 155 -

m914952.5 0.116 3

2 -6mm , Y

3

2 -h h iav

Utilizando el teorema de Pitágoras

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- 156 -

Elementos de la Matriz

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- 157 -

MATRIZ Coeficiente de Maxwell

Realizando el cálculo de la Matriz Inversa

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- 158 -

Tensión Fase a tierra

Tensión Trifásica

Capacitancias

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- 159 -

Carga máxima

Gradiente Superficial Promedio

Gradiente Disruptivo máximo monofásico

Gradiente Disruptivo máximo Trifásico

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- 160 -

Comprobar Efecto Corona

Si presenta efecto corona

No presenta Efecto corona

Tensión Crítica

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- 161 -

Tensión Critica disruptiva Fase a tierra de lo cual se debe cumplir

Si se cumple.

Como se puede observar cumple con las normas de diseño el cálculo

realizado manualmente, se aprecia que a alto nivel de tensión se presenta el efecto

corona con los datos mencionados en los anexo Apéndice A.

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- 162 -

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- 163 -

Apéndice D

Carga de peso propio

Datos:

Carga debido a los efectos de cortocircuito

Datos:

Determinar Factor m con la figura2.15 explicada en el marco teórico de esta

investigación

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- 164 -

Carga debido al viento sobre conductor y cadena de aisladores

Datos:

Debido a la categoría de explosión del terreno que es C

Debido que z es menor que 10m

Zg=1m

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- 165 -

Carga de Sismo

Carga mínima del Hielo y efecto del viento

Datos:

Densidad del Hielo

Espesor del Hielo

Carta Total Actuante

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- 168 -

TABLA 1 - CARACTERÍSTICAS CONDUCTORES ACSR - CONDUCTORES DE VARIAS

CAPAS

Código

Kcm

SECCIÓN Composición hilos x DIAMETRO CONDUCTOR

[mm]

Masa Carga de ruptura Corriente asignada

total [mm2] diámetro del hilo [mm] [kg/m] [kN] [A]

Aluminio Acero

Joree 2515 1344 76 x 4,620 19 x 2,156 47.752 4.096 274.44 1380

Thrasjer 2312 1235 76 x 4,430 19 x 2,068 45.771 3.764 254.87 1380

Kiwi 2167 1 146 72 x 4,407 7 x 2,939 44.069 3.431 221.51 1340

Bluebird 2156 1 181 84 x 4,069 19 x 2,441 44.755 3.741 268.21 1 340

Chukar 1 781 976 84 x 3,698 19 x 2,220 40.691 3.09 226.85 1 300

Falcon 1 590 908 54 x 4,359 19x2,616 39.243 3.09 242.42 1 300

Lapwing 1590 862 45 x 4,521 7x3,183 38.202 2.67 187.71 1250

Parrot 1 510 862 54 x 4,247 19 x 2,548 38.227 2.894 229.96 1250

Nuthatch 1 510 818 145 x 4,653 7 x 3,101 37.211 2.536 178.36 1200

Plover 1 431 817 54 x 4,135 19 x 2,482 37.211 2.742 218.4 1200

Bobolink 1431 775 45 x 4,529 7 x 3,020 36.246 2.403 170.36 1 160

Martin 1351 772 54x4,018 19x2,410 36.17 2.588 205.94 1 160

Dipper 1 351 732 45 x 4,402 7 x 2,934 35.204 2.268 161.02 1 110

Pheasant 1 272 726 54 x 3,899 19 x 2,339 35.103 2.436 193.93 1 110

Bittern 1272 689 45 x 4,270 7 x 2,847 34.163 2.137 151.68 1 060

Grackle 1 192 681 54 x 3,774 19 x 2,266 33.985 2.284 186.37 1 010

Bunting 1 193 646 45x4,135 7x2,756 33.071 2.003 142.34 1 010

Finch 1 114 636 54x 3,647 19x 2,189 32.842 2.132 173.92 1 010

Bluejay 1 113 603 45 x 3,995 7 x 2,664 31.953 1.87 132.55 970

Curlew 1 033 591 54 x 3,513. 7 x 3,513 31.623 1.983 162.8 970

Ortolan 1 033 560 45 x 3,848 7 x 2,565 30.785 1.736 123.21 970

Merganser 954 596 30 x 4,534 7 x 4,529 31.699 2.225 204.61 950

Cardinal 954 546 54 x 3,376 7 x 3,376 30.378 1.831 150.34 950

Rail 954 517 45 x 3,698 7 x 2,466 29.591 1.602 115.2 910

Baldpate 900 562 30 x 4,399 7 x 4,399 30.785 2.101 192.6 910

Canary 900 515 54 x 3,279 7 x 3,279 29.515 1.727 141.89 900 Ruddy 900 487 45 x 3,592 7 x 2,395 28.727 1.512 112.98 900

Crane 875 501 54 x 3,233 7 x 3,233 29.108 1.678 139.67 900

Willet 874 474 45 x 3,541 7 x 2,360 28.321 1.471 111.2 900

Skimmer 795 497 30 x 4,135 7 x 4,135 28.956 1.857 170.36 900

Mallard 795 495 30 x 4,135 19 x 2,482 28.956 1.84 170.8 900 Drake 795 469 26 x 4,442 7 x 3,454 28.143 1.63 140.11 840

Condor 795 455 54 x 3,081 7 x 3,081 27.737 1.526 125.43 840

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- 169 -

TABLA 1- CARACTERÍSTICAS CONDUCTORES ACSR - CONDUCTORES DE

VARIAS CAPAS (Continuacion)

Código

Kcm

SECCIÓN Composición hilos x DIAMETRO CONDUCTOR

[mm]

Masa Carga de ruptura Corriente asignada

total [mm2] diámetro del hilo [mm] [kg/m] [kN] [A]

Aluminio Acero

Cuckoo 795 455 24 x 4,623 7 x 3,081 27.737 1.526 124.1 840

Tern 795 431 45 x 3,376 7 x 2,250 27.737 1.335 98.3 830

Coot 795 414 36 x 3,774 1 x 3,774 26.416 1.199 73.39 840

Suteo 715 447 30 x 3,922 7 x 3,922 27.457 1.667 153.01 840

Redwing 715 445 30 x 3,922 19 x 2,352 27.457 1.655 153.9 800

Starling 716 422 26 x 4,214 7 x 3,277 26.695 1.468 126.32 800

Crow 715 409 54 x 2,924 7 x 2,924 26.314 1.372 116.98 800

Stitt 716 410 24 x 4,387 7 x 2,924 26.314 1.374 113.42 800

Grebe 716 388 45 x 3,203 7 x 2,136 25.629 1.202 91.63 780

Gannet 666 393 26 x 4,067 7 x 3,162 25.756 1.366 118.32 780

Gull 667 382 54 x 2,822 7 x 2,822 25.4 1.278 108.98 770

Flamingo 667 382 24 x 4,234 7 x 2,822 25.4 1.28 105.42 770

Scoter 636 397 30 x 3,698 7 x 3,698 25.883 1.48 137 993

Egret 636 396 30 x 3,698 19 x 2,220 25.883 1.472 140.11 770

Grosbeak 636 375 26 x 3,973 7 x 3,089 25.146 1.304 112.09 760

Groose 636 364 54 x 2,756 7 x 2,756 24.816 1.22 104.97 760

Rook 636 364 24 x 4,135 7 x 2,756 24.816 1.22 97.86 760

Kingbird 636 340 18 x 4,775 1 x 4,775 23.876 1.03 69.83 760

Swift 636 331 36 x 3,376 1 x 3,376 23.622 0.96 59.6 760

Wood duck 605 378 30 x 3,607 7 x 3,607 25.248 1.411 130.77 750

Teal 605 376 30 x 3,607 19x2,164 25.248 1.401 133.44 750

Squab 605 356 26 x 3,873 7 x 3,012 24.536 1.241 104.97 750

Peacock 605 346 24 x 4,034 7 x 2,690 24.206 1.162 96.08 750

Duck 606 347 54 x 2,690 7 x 2,690 24.206 1.161 100.08 750

Eagle 557 348 30 x 3,459 7 x 3,459 24.206 1.299 120.99 730

Dove 556 328 26 x 3,716 7 x 2,891 23.546 1.141 99.64 730 Parakeet 557 319 24 x 3,868 7 x 2,578 23.216 1.068 88.07 730

Osprey 556 298 18x 4,465 1 x 4,465 22.327 0.9 60.94 730

Hen 477 298 30 x 3,203 7 x 3,203 22.428 0.219 105.86 670

Hawk 477 281 26 x 3,439 7 x 2,675 21.793 0.979 86.74 670

Flicker 477 273 24 x 3,581 7 x 2,388 21.488 0.916 76.51 670

Pelican 477 255 18 x 4,135, 1 x 4,135 20.676 0.772 52.49 670

Lark 397 248 30 x 2,924 7 x 2,924 20.472 0.928 90.29 600

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TABLA 1- CARACTERÍSTICAS CONDUCTORES ACSR - CONDUCTORES DE VARIAS

CAPAS(Continuación)

Código

Kcm

SECCIÓN Composición hilos x DIAMETRO CONDUCTOR

[mm]

Masa Carga de ruptura Corriente asignada

total [mm2] diámetro del hilo [mm] [kg/m] [kN] [A]

Aluminio Acero

Ibis 397 234 26 x 3,139 7 x 2,441 19.888 0.815 72.5 590

Brant 398 228 24 x 3,269 7 x 2,179 19.609 0.763 65.39 590

Chickadee 397 213 118 x 3,774 1 x 3,774 18.872 0.644 44.04 590

Oriole 336 210 30 x 2,690 7 x 2,690 18.821 0.785 75.62 530

Linnet 336 198 26 x 2,888 7 x 2,245 18.288 0.69 62.27 530

Widgeon 336 193 24 x 3,007 7 x 2,232 18.034 0.645 55.6 530

Merlin 336 180 18 x 3,472 1 x 3,472 17.374 0.545 38.25 530

Piper 300 187 30 x 2,540 7 x 2,540 17.78 0.7 68.94 530

Ostrich 300 177 26x2,728 7x2,121 17.272 0.615 56.49 490

Gadwall 300 172 24 x 2,840 7 x 1,892 17.043 0.575 49.82 490

Phoebe 300 160 18 x 3,254 1 x 3,279 16.408 0.486 34.25 490

Junco 267 167 30 x 2,395 7 x 2,395 16.764 0.623 60.94 460

Partridge 267 157 26 x 2,573 7 x 2,002 16.307 0.547 50.26 460

Waxwing 267 143 18x 3,091 1 x 3,091 15.469 0.431 30.69 460

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TABLA 2 - CARACTERISTÍCAS CONDUCTORES ACSR –CONDUCTO DE UNA CAPA

Kcm

SECCIÓN Composición hilos x

DIAMETRO CONDUCTOR

[mm]

MasaCarga de ruptura

Corriente asignada

Código total

[mm2] diámetro del hilo

[mm] [kg/m] [kN] [A]

Aluminio Acero

Penguin 211,6 I 125.1 6 x 4,770 1 x 4,770 14.3 0.434 37.36 340

Pigeon 167.

7 99.2 6 x 4,247 1 x 4,247 12.751 0.344 29.36 300

Quail 133 78.6 6 x 3,782 1 x 3,782 11.354 0.273 23.57 270

Raven 105.

7 62.5 6 x 3,371 1 x 3,371 10.109 0.216 19.57 230

Robin 83.7 49.5 6 x 3,000 1 x 3,000 8.992 0.171 16.01 200

Sparate 66.4 42.2 7 x 2,474 1 x 3,299 8.255 0.159 16.01 180

Sparrow 66.4 39.3 6 x 2,672 1 x 2,672 8.026 0.136 12.45 180

Swanate 41.7 26.5 7x1,961 1 x 2,614 6.528 0.1 10.68 140

Swan 41.7 24.7 6 x 2,118 1 x 2,118 6.35 0.085 8.45 140

Turkey 26.2 15.5 6 x 1,679 1 x 1,679 5.029 0.054 5.34 100

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TABLA 3- CARACTERISTÍCAS CONDUCTORES ACSR –CONDUCTO DE UNA SOLA CAPA

Código

Kcm

SECCIÓN total

[mm2]

Composición hilos x

diámetro del hilo [mm]

DIAMETRO CONDUCTOR

[mm]

Masa [kg/m

]

Carga de ruptura

[kN]

Aluminio Acero Brahma 203,2 194,9 16 x 2,863 19 x 2,482 18,136 1,009 92,07

Cochin 211,3 169,5 12 x 3,371 7 x 3,371 16,866 0,787 126,32

Dorking 190,8 153,1 12 x 3,203 7 x 3,203 16,027 0,709 83,18

Dotterel

176,9

I 141,9 12 x 3,084 7 x 3,084 15,418 0,657 76,95

Guinea 159,0 127,5 12 x 2,924 7 x 2,924 14,630 0,592 71,17

Leghor 134,6 108,0 12x 2,690 7 x 2,690 13,437 0,501 60,49

Minorca 110,8 88,9 12 x 2,441 7 x 2,441 12,192 0,413 49,82

Petrel 101,8 81,7 12 x 2,339 7 x 2,339 11,709 0,378 46,26

Grouse 80,0 54,7 8 x 2,540 1 x 4,242 9,322 0,222 23,13

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INICIO

Pantalla Principal

CALCULARINTRODUCIR DATOS

EFECTO CORONA

FLECHA MÁXIMA

TENSIÓN MECÁNICA

FUNCIONAMIENTO

CARACTERÍSTICAS DE LA BARRA

CONDICIONES AMBIENTALES

DATOS AMBIENTALES

ITERAR CON TEMP.

SUPERFICIAL

MOSTRAR TABLA 1

MOSTRAR TABLA 2

IMPRIMIR

SALIR

DIAGRAMA DE FLUJO DATOS GENERALES DEL PROGRAMA

DERECHOS RESERVADOS

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TEMPERATURA SUPERFICIALFICIAL = - 40 °C

MOSTRAR PANTALLA DE ERROR: LA TEMPERATURA SUPERFICIAL ES MUY ALTA

CÁLCULAR EFECTO CORONA

ALMACENAR RESULTADOS EN DATOS

GUARDAR TEMPERATURA SUPERFICIAL EN DATOS TEMP. SUPERFICIAL + 0,1

CALCULAR EFECTO CORONA

SI

NO

SI

NO

DIAGRAMA DE FLUJO MODULO CALCULAR

INICIO

DERECHOS RESERVADOS

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CALCULAR EFECTO CORONA

DIAGRAMA DE FLUJO MODULO CALCULAR (CONTINUACION)

MOSTRAR PANTALLA DE ERROR: LA TEMPERATURA SUPERFICIAL ES MUY ALTA

CALCULAR FLECHA MÁXIMA

CALCULAR TENSIÓN MECÁNICA

GUARDAR RESULTADOS EN DATOS

MOSTRAR TABLA DE RESULTADOS 1

MOSTRAR TABLA DE RESULTADOS 2

SALIR

DERECHOS RESERVADOS

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DIAGRAMA DE FLUJO MODULO DE CORRIENTE

CORRIENTE

AUMENTAR CALIBRE DEL CONDUCTOR

SE PUEDE DISEÑAR

SI NO

DERECHOS RESERVADOS

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NO SI

DIAGRAMA DE FLUJO EFECTO CORONA

EFECTO CORONA

SI NO

DERECHOS RESERVADOS

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DIAGRAMA DE FLUJO EFECTO CORONA(CONTINUACION)

NO

SI

SI NO

SI NO

DERECHOS RESERVADOS

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DIAGRAMA DE FLUJO EFECTO CORONA (CONTINUACION)

SI NO

SI SE PUEDE DISEÑAR POR EFECTO CORONA

NO SE PUEDE DISEÑAR POR EFECTO CORONA

SI NO

NO SE PUEDE DISEÑAR POR EFECTO CORONA

SI SE PUEDE DISEÑAR POR EFECTO CORONA

DERECHOS RESERVADOS

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DIAGRAMA DE FLUJO TENSIÓN MÁXIMA HORIZONTAL

Tensión Máx. Ho.

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DERECHOS RESERVADOS

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Pantallas de datos ingresadas por el usuario para comprobar el valor de la

cadena de aisladores del ejemplo del apéndice A.

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Valor obtenido después de correr el programa.

En lo cual podemos observar que el valor de la cadena de aisladores es el mismo

que el calculado manualmente en el apéndice B donde podemos ver el error obtenido

es del 0 %.

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