Produccin de energa por tipo de Generacin

PROYECTO DE ELECTRIFICACION RURAL DE LAS COMUNIDADES ALCCA VICTORIA, COLLANA, HUAYLLOTA, KJARI KJARI, AYACCASI DEL DISTRITO DE VELILLE

CLCULOS JUSTIFICATIVOS DE SUB SISTEMA DE DISTRIBUCION SECUNDARIA.1. ASPECTOS GENERALES

1.1 OBJETIVO

Los clculos justificativos tienen por objetivo seleccionar los equipos y materiales a utilizar en los diseos de las redes secundarias (clculos elctricos y mecnicos)

La ELECTRIFICACION RURAL DE LOS CENTROS POBLADOS ALCCA VICTORIA,COLLANA, HUAYLLOTA, KJARI KJARI, AYACCASI DEL DISTRITO DE VELILLE, permitir dotar de energa elctrica a 24 localidades con energa proveniente del Sistema Interconectado Nacional-SINAC, mediante los circuitos troncales existentes en 22,9 kV desde la Sub Estacion de Transformacion de Chamaca.1.2 ALCANCE

En el presente documento Clculos Justificativos se desarrollan los siguientes puntos:

(Aspectos Generales: Se describen los antecedentes, objetivos y alcances del proyecto

(Clculos Elctricos: se desarrollan los clculos de cada de tensin y de resistencia de puesta a tierra

(Clculos Mecnicos: se describen las distancias mnimas de seguridad, y se desarrollan los clculos mecnicos de conductores y estructuras, se selecciona la longitud y material del poste, y se clcula la cimentacin y el bloque de la retenida

1.2.1 Alcances del Proyecto ELECTRIFICACION RURAL DE LAS COMUNIDADES ALCCA VICTORIA,COLLANA,HUAYLLOTA, KJARI KJARI , AYACCASI DEL DISTRITO DE VELILLE

1.2.2 Esta etapa se debe de implementar luego de obtener le financiamiento del proyecto, y comprender la construccin de 47.99 km de redes primarias y 43.68 Km secundarias de 24 localidades.

:

Redes Primarias

:47.99 Km 24 localidades

Redes Secundarias de

:43.68 Km 24 localidades1.3 NORMAS APLICABLES

Los clculos de las Redes Secundarias cumplen con las siguientes normas :

(Cdigo Nacional de Electricidad - Suministro 2001

(Ley de Concesiones Elctricas N 25844

(Reglamento de la Ley de Concesiones Elctricas N. 25844

(Norma DGE RD 031-2003-EM: Bases para el Diseo de Redes Secundarias con Conductores Autoportantes para Electrificacin Rural

(Norma DGE RD 025-2003-EM: Especificaciones Tcnicas para el Suministro de Materiales y Equipos de Redes Secundarias para Electrificacin Rural

(Norma DGE RD 020-2003-EM: Especificaciones Tcnicas de Montaje de Redes Secundarias con Conductor Autoportante para Electrificacin Rural

(Norma DGE RD 023-2003-EM: Especificaciones Tcnicas de Soportes Normalizados para Redes Secundarias para Electrificacin Rural

1.4 PUNTOS DE ALIMENTACION PARA REDES SECUNDARIAS

Los Puntos de Alimentacin para las Redes de Servicio Particular y Conexiones domiciliarias, sern los Tableros de las Subestaciones de Distribucin.

1.5 DEMANDA DE POTENCIA

1.5.1 Cargas de Servicio Particular

La calificacin elctrica se obtiene como resultado del Estudio de Mercado Elctrico, seleccionando las siguientes calificaciones elctricas para el diseo de las redes secundarias:

(Capital Distrital: Calificacin elctrica por lote de 500 W/lote.

(Localidades: Las cuales pueden ser centros poblados, parcialidades o comunidades, con una calificacin elctrica por lote de 250 W/lote.

(Cargas especiales: Las cuales pueden ser colegios, escuelas, centros de salud, locales comunales, iglesias, etc.

Para el caso de escuelas o colegios y centros de salud se ha asignado una calificacin elctrica de 1000W/lote

Para el resto de cargas especiales se ha asignado una calificacin elctrica de 500W/lote.

2. CLCULOS ELCTRICOS

2.1 PARAMETROS ELCTRICOS

Los parametros elctricos fueron clculados de la siguiente manera:

a)Resistencia Elctrica del Conductor

R40 C = R20 C [ 1 + ( (t2 - 20)]

Donde:

R 40 C, = resistencia elctrica del conductor a 40 C

R 20 C= resistencia elctrica del conductor a 20C

(= Coeficiente de correccin de temperatura 1/C: 0,0036

t2= 40 C

Las resistencias elctricas de los conductores de fase y del portante, se muestran en el siguiente cuadro:

Cuadro

Parmetros y Factores de Cada de Tensin de los Cables Autoportantes

FormacinResist. Del Cond.

de Fase (ohms/Km)Reist. Del Cond.

de Alumb. Pblico (ohms/Km)Reist. Del Cond.

Neuttro (ohms/Km)Reactancia Inductiva

(ohms/Km)Factor de Cada de Tensin (K)

20 C40 C20 C40 C20 C40 CXL(3f)XL (1f)(380-220V) (440-220) 220VAP)

1x16/251,912,048--1,381,479-0,094-3,5323,532

1x16+16/251,912,0481,9102,0481,381,4790,0940,0943,5323,5323,532

2x16/251,912,048--1,381,479-0,096-3,5323,532

b)Reactancia Inductiva

Xl=0,1746 log DMG RMG

Donde:

DMG

= Distancia media geomtrica

RMG

= Radio medio geomtrico

La reactancia de diferentes formaciones de conductores se muestran en el cuadro N04.

2.2 CADA DE TENSIN

La cada de tensin se determina por medio de un programa computacional (ResdesCAD) elaborado en lenguaje C++, el cual cuenta con una base de datos de conductores para los diferentes tipo de sistemas. En el captulo cuatro del presente informe se muestra la cada de tensin de las redes de distribucin secundaria, tanto para el servicio particular como para el alumbrado pblico por localidad.

2.2.1 Clculo de Cada Tensin

La frmula para calcular la cada de tensin en redes areas es la siguiente:

(V = K x I x L x 10-3Donde:

I = Corriente que recorre el circuito, en Amperes

L = Longitud del tramo, en metros

K = Factor de cada de tensin

Para circuitos trifsicos

Para circuitos monofsicos

En el capitulo V del presente volumen se muestran los diagramas de carga con los resultados de los clculos de cada de tensin de todas las localidades que integran el estudio.

2.2.2 Mxima cada de tensin permisible

La mxima cada de tensin permisible en el punto de entrega al usuario final en zonas rurales no deber exceder el 7,5% de la tensin nominal, segn la Norma Tcnica de Calidad de los Servicios Elctricos (NTCSE). Segn lo anterior se est considerando un valor mximo de 7,0% en el poste terminal ms alejado de la red, para as dejar un margen de 0,5% para la cada de tensin en la acometida del usuario mas alejado.

Los valores calculados sern:

(30,8 V, en el sistema 1 440/220 V

(15,4 V, en el sistema 1 220 V

2.2.3 Factor de potencia (Cos ():

Los valores de factor de potencia utilizados son los siguientes:

(Para cargas de servicio particular1,00

(Para cargas de alumbrado pblico0,90

2.2.4 Factor de simultaneidad

(Cargas de servicio particular

0,50

(Cargas de alumbrado pblico

1,00

2.3 RESISTENCIA DE PUESTA A TIERRA

Para las redes secundarias 1( 440/220 V, la Norma DGE establece el valor 10 para la resistencia del neutro a tierra, con todas las puesta a tierra-PT conectadas de BT, incluyendo la primera PT de BT de la subestacin. Con ello se garantiza que cuando ocurre una falla a tierra en una de las fases, la tensin fase-neutro no debe superar la tensin de 250 V (desplazamiento del neutro).

Con las consideraciones mencionadas, el sistema a utilizar ser el tipo PAT-1, y su ubicacin sern cada 200 m, en los puntos de derivacin y las ltimas estructuras de la red secundaria.

El sistema de puestas a tierra PAT-1 (Ver Anexo N 8.0) est conformado por una varilla de acero recubierta en cobre blando de 16 mm de dimetro y 2,4 m de longitud, conductor de cobre recocido de 16mm2 y conectores. Este sistema ir instalado en un pozo de 0,7m( x 3,0m de profundidad, a 1,5m de distancia horizontal del poste a la varilla.

Esta configuracin tiene una resistencia de aterramiento de acuerdo a la siguiente frmula:

Donde:

(a = Resistividad elctrica aparente del terreno (ohm-m)

l = Longitud de la (2,4 m)

d = Dimetro de la varilla (16 mm)

H = Profundidad de enterramiento (0,3 m)

El resultado es:

3. CLCULOS MECNICOS

3.1 DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD

Considerando lo establecido en el Cdigo Nacional de Elctricidad (suministro 2001) las distancias mnimas del conductor a la superficie del terreno sern las siguientes:

Cuando los alambres y/o conductores cruzan o sobresalen a:

(Carreteras y avenidas sujetas al trfico de camiones

6,5 m

(Caminos, calles y otras reas sujetas al trfico de camiones

5,5 m

(Calzadas, zonas de parqueo y callejones

5,5 m

(Otros terrenos recorridos por vehiculos, tales como cultivos,

pastos, bosques, huertos, etc.

5,5 m

(Espacios y vas peatonales o reas no transitables por vehiculo4,0 m

(Calles y caminos en zonas rurales

5,5 m

Cuando los alambres y/o conductores estan a lo largo de:

(Carreteras y avenidas

5,5 m

(Caminos, calles o callejones

5,0 m

(Espacios y vas peatonales o reas no transitables por vehiculo4,0 m

(Calles y caminos en zonas rurales

4,5 m

Tomando en cuenta estas distancias de seguridad se calcularon los vanos mximos de acuerdo al tipo de conductor utilizado. Los resultados se muestran en el Anexo N 7.0

3.2 CLCULO MECNICO DE CONDUCTORES

Los clculos mecnicos tienen la finalidad de determinar las tensiones y flechas en las diversas condiciones de operacin.

Las caractersticas principales de los conductores autoportantes utilizados son las siguientes:

Cuadro N

Caractersticas de los Conductores AutoportantesFormacinSeccin del Cond. Portante (mm)Dimetro Exterior

Total (mm)Coeficiente de Dilatacin

(1/C)Masa

Unitaria (kg/m)Mdulo de Elasticidad del Portante (kN/mm)

1x16+N251x16+16+N252x16+N252x16+16+N25

2x25+N25

2x25+16+N2525

25

25

25

25

2516,5

16,5

16,5

16,5

16,5

16,50,000021

0,000021

0,000021

0,000021

0,000021

0,0000210,125

0,187

0,187

0,249

0,307

0,30760,82

60,82

60,82

60,82

60,82

60,82

3.2.1 Consideraciones

El nico elemento de sujecin del conductor es el portante o neutro y es l que absorber todas las tensiones mecnicas del cable.

Se ha establecido una sola zona para los clculos mecnicos, segn las caractersticas particulares que presenta la zona como temperatura y altitud (3 800 a 4 200 msnm), etc.

Asimismo se ha utilizado un EDS del 18% para la distribucin de las estructuras de las redes secundarias y un EDS de 7% para el caso de vanos flojos.

3.2.2 Hiptesis de Estado

Las hiptesis de estado para los clculos mecnicos del conductor se definen sobre la base de los factores meteorolgicos.

(Velocidad del Viento

(Temperatura

(Hielo

El sustento de las temperaturas y velocidades de viento que se presentan en las zona del proyecto se muestran en la informacin proporcionada por el SENAMHI, el mismo que se detalla en los Anexos N 2.1 y 2.2.

Las hipotesis de clculo se muestran a continuacin:

Cuadro

Hiptesis para el Clculo Mecnico de Conductores Autoportantes

HiptesisI

TempladoII

Mximo EsfuerzoIII

Mxima TemperaturaIV

Mnima TemperaturaV

Carga de Hielo

Altitud : (3 800-4 200 msnm)

Temperatura (C)15-540-5-5

Velocidad de Viento (km/h)0900045

Esfuerzo % del Tiro de Rot.18%50505050

Espesor de Hielo (mm)00033

Los resultados de los clculos mecnicos de conductores se muestran en el Anexo Esfuerzos Mecnicos en el Conductor Portante

El esfuerzo del conductor portante de aleacin de aluminio ser en todos los casos, de 50,1N/mm, aproximadamente 18% del esfuerzo de rotura del conductor.

Para clculo del conductor en vano flojo se ha considerado el esfuerzo de 19,5 N/mm, aproximadamente 7% del esfuerzo de rotura del conductor.

3.3 SELECCIN DE LA LONGITUD DEL POSTE

Para seleccionar la longitud del poste se considera la distancia mnima del conductor al terreno, la longitud libre para la flecha mxima, la longitud empotrada del poste y los vanos bsicos correspondientes.

Con estas consideraciones se tiene:

Caso

I

II

(Vano bsico (m)

45

70

(Distancia mnima del conductor al terreno (m)

5,5

4,0

(Longitud libre para flecha (m)

0,9

2,1

(Distancia punta de poste a gancho soporte (m)

0,2

0,2

(Longitud de empotramiento (m)

1,4

1,4

(Longitud del poste (m)

8,0

8,0

En consecuencia se selecciona la longitud normalizada del poste de 8 m.

Caso I: cuando la RS recorre a lo largo de carreteras y avenidas

Caso II: cuando la RS recorre espacios y vas peatonales o reas no transitables por vehiculo

3.4 CLCULO MECNICO DE ESTRUCTURAS Y RETENIDAS

Estos clculos tienen por objeto determinar las cargas mecnicas en los postes, cables de retenidas y sus accesorios, de tal manera que en las condiciones ms crticas, es decir a temperatura mnima y mxima velocidad de viento no se superen los esfuerzos mximos previstos en el Cdigo Nacional de Electricidad.

3.4.1 Factores de Seguridad

Los factores de seguridad respecto a la carga de rotura, en condiciones normales, sern las siguientes:

(Postes de concreto

2

(Cables de retenida

2

(Accesorios de ferretera

2

No se efectuarn clculos en condiciones de emergencia, es decir, con rotura de conductor. En los Anexos se presentan los resultados del clculo mecnico de estructuras.

3.4.2 Frmulas Aplicables

-Momento debido a la carga del viento sobre los conductores:

MVC = (PV) (L) (fC) (SHi) Cos a

2

-Momento debido a la carga de los conductores:

MTC = 2 (TC) (S Hi) sen a

2

MVP = (PV) (h2) (Dm + 2 Do)

600

-Momento total en condiciones normales:

MRN = MVC + MTC + MVP

-Fuerza equivalente (Fe) en la punta es:

Fe = MRN / ( h -0,15)

-Factor de Seguridad es:

F.S. = Cr / Fe

Para los postes de concreto, la carga equivalente ser calculada a 0,15 m. por debajo de la cabeza.

Donde:

Pv

= Presin del viento sobre superficies cilndricas

L

= Longitud del vano, en m

Cr

= Carga de rotura del poste

Fe

= Fuerza equivalente en la punta del poste

TC

= Carga del conductor portante en N

fC

= Dimetro total del cable autoportante, en m

a

= Angulo de desvo topogrfico, en grados

Do

= Dimetro del poste en la cabeza, en cm

Dm

= Dimetro del poste en la lnea de empotramiento, en cm

h

= Altura libre del poste, en m

H

= Altura de la carga en la estructura con respecto al suelo, en m

Wc

= Masa total del cable autoportante, en kg/m

WAD

= Peso de un hombre con herramientas, igual a 1000 N

l

= Altura respecto al suelo del punto de ubicacin de la retenida en poste.

Para el clculo de retenidas se considerar cable de acero grado SIEMENS-MARTIN de 10 mm de dimetro. El ngulo de inclinacin respecto del cable de retenida respecto al eje vertical ser de 30

Se realizan los clculos para verificar que las estructuras utilizadas sean las adecuadas para soportar los conductores que transportan la energa elctrica en baja tensin.

3.5 CLCULO DE CIMENTACIONES DE POSTES DE CONCRETO

Para el clculo de las cimentaciones de los postes de concreto se ha utilizado la metodologa Sulzberger, cuyo detalle se muestra en el Anexo Correspondiente A continuacin se muestra un cuadro resumen de los resultados obtenidos del clculo de cimentacin:

Cuadro Cimentaciones de Postes de Concreto

Tipo de

Poste

Tipo de

SueloEmpotram.

(m)Dimetro de

Excavacin

(m)Excavacin

(m3)Relleno con

Mat. Propio

Compactado

(m3)Relleno con Concreto Ciclopeo

(m3)Eliminacin

(m3)

Poste de Concreto

8m/200 daNI1,200,700,540,49-0,56

II1,100,850,87-0,821,08

Poste de Concreto

8m/300 daNI1,200,700,540,49-0,56

II1,100,850,87-0,821,08

3.6 CLCULO DEL BLOQUE DE RETENIDA

En todo diseo del bloque de anclaje, las variables son la carga mxima en el cable de la retenida, el ngulo que hace el cable de la retenida con la horizontal y el tipo de suelos.

Obtenidas estas variables, se procede al clculo siguiente:

F = 6 500 N (la mxima carga que transmitir la retenida al anclaje)

( = 16,6 k N/m3 (densidad del suelo)

( = 0,3 (coeficiente de friccin)

Retenida Inclinada

El ngulo que hace el cable de la retenida con la horizontal es de 60.

El dado de anclaje es de 0,40*0,40*0,15 m3 (predimensionado), vamos a verificar si estas dimensiones son suficientes.

En el tringulo rectngulo abc:

El ngulo cab es igual a 60, por tener sus lados respectivamente perpendiculares, luego:

ac (longitud de a c) = 0,40xcos 60 = 0,20 m

cb (longitud de c b) = 0,40xsen 60 = 0,35 m

Por lo tanto el rea del tringulo abc, es igual a:

La longitud bf en el tringulo rectngulo bef es:

bf = = 1,15 m

Por tanto la longitud cf= 0,35 + 1,15 = 1,50 m

El rea del relleno Acua descontando las reas de los tringulos de cuadriltero defc es.- El rea del rectngulo defc - rea del tringulo abc rea del tringulo bef rea del dado de concreto.-

Acua = 1,50 * 2,0 0,035 (1/2) x 1,15 * 2,0 0,15 * 0,4 = 1,76 m2

El peso de dicho suelo es ( x rea del relleno x espesor del relleno:

(1,700 kg/cm3 * 1,76 m2 * (0,40 m. de ancho)) = 11,97 kN

El peso del dado de concreto est dado por:

(23,5 kN peso especfico del concreto) * 0,40 * 0,40 * 0,15 = 564 N

El peso total es Wt = 11,97 + 0,564 = 12,53 kN

En el tringulo rectngulo de fuerzas:

A = 12,53 * sen 60 = 10,85 kN

B = 12,53 * cos 60 = 6,27 kN

Si el conjunto dado de anclaje y peso del relleno no es suficiente, se libera el viento o cable de la retenida haciendo colapsar a la estructura. Se tomar como factor de seguridad el 50% es decir Fr / F ( 1,50

La fuerza de friccin, es en todo el contorno de las paredes del relleno (suelo del relleno contra el suelo existente), por lo tanto, la friccin lateral es:

( * h = 1 700 x 2,0 = 33,32 kN/m2

F1 (fuerza lateral) = ( * h * Acua = 58,64 kN

( * F1 = 0,3 * 58,64 = 17,59 kN

2 * ( * F1 = 2 * 17,59 = 35,18 kN

Segn frmula, la fuerza resistente total Fr, es :

Por lo tanto la relacin Fr/F es:

Fr / F = 47,91/6,27 = 6,64 ( 1,5 OK

4. ANEXOS

Clculo Mecnico de Conductores Autoportantes

Condicin de Templado EDS 18%

Condicin Vano Flojo EDS 7%

Clculo Mecnico de Estructuras con Postes de Concreto y Retenidas para RS, EDS 18%

Conductor Autoportante 1x16+N25, Armado E1

Conductor Autoportante 2x16+N25, Armado E1

Conductores Autoportantes, Armado E3

Sistema de Puesta a Tierra PAT-1

Clculo de Cimentaciones

EMBED Equation.3

EMBED AutoCAD.Drawing.14

Capitulo III Calculos Justificativos RSPgina 8 de 9

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_1166689930.unknown

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_1119255513.unknown

_1115780048.unknown

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