Capitulo LV Calculos Justificativos
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Cap 4 Cálculos Justificativos UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
Capítulo IV CÁLCULOS JUSTIFICATIVOS
4.1 BASE DEL CÁLCULO...................................................................................................................... 66
4.2 CÁLCULOS ELÉCTRICOS..............................................................................................................67
4.2.1 Cálculo De La Demanda De Potencia.............................................................................67
4.2.2 Calculo Del Radio De La Subestación............................................................................68
4.2.3 Calculo Del Conductor......................................................................................................... 70
4.2.4 Calculo Del Aislamiento......................................................................................................72
4.3 CÁLCULOS MECÁNICOS...............................................................................................................73
4.3.1 CALCULO DE LA ALTURA DEL POSTE..........................................................................73
4.3.2 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR................................................................75
4.3.3 CÁLCULOS MECÁNICOS DE LA CRUCETA...................................................................79
4.3.4 CALCULO MECÁNICO DEL POSTE..................................................................................80
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRICA
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Capítulo IVCÁLCULOS JUSTIFICATIVOS
4.1BASE DEL CÁLCULO
Los cálculos de las Líneas y Redes Primarias deberán cumplir con las siguientes
normas y disposiciones legales.
En la elaboración de estas bases se han tomado en cuenta las prescripciones de las
siguientes normas:
Código Nacional de Electricidad Suministro 2001
Ley de Concesiones Eléctricas N° 25844
Reglamento de la Ley de Concesiones Eléctricas N° 25844
Normas DGE/MEM vigentes,
Especificaciones Técnicas para la Electrificación Rural de la DGE/MEM
vigentes.
Resoluciones Ministeriales (relativo a Sistemas Eléctricos para tensiones entre
1 y 36 kV- Media Tensión) vigentes.
Norma DGE “Bases para el Diseño de Líneas y Redes Primarias para
Electrificación Rural” 3 de 35
En forma complementaria, se han tomado en cuenta las siguientes normas
internacionales:
NESC (NATIONAL ELECTRICAL SAFETY CODE)
REA (RURAL ELECTRIFICATION ASSOCIATION)
U.S. BUREAU OF RECLAMATION - STANDARD DESIGN
VDE 210 (VERBAND DEUTSCHER ELECTROTECHNIKER)
IEEE (INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS)
CIGRE (CONFERENCE INTERNATIONAL DES GRANDS RESSEAUX
ELECTRIQUES)
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NORMA BRASILEÑA DE LINEAS DE TRANSMISION
ANSI (AMERICAN NATIONAL STANDARD INSTITUTE)
IEC (INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)
4.2CÁLCULOS ELÉCTRICOS
4.2.1 Cálculo De La Demanda De Potencia
Tenemos como parámetros de cálculo lo siguiente:
Calificación eléctrica C e=1700w / lote
Numero de lotes Nº lotes= 46
Factor de Potencia cosφ=0.9
Factor de simultaneidad: f s=0.6
Tensión de Operación V L=10 kV
Alumbrado Público: AP=20 % del Sp
Cargas Especiales: CE=5% del S p
Perdidas: ∆ P=15 %del Sp
Potencia Total En KW Es:
PT=SP+AP+∆P+CEPT=1.4∗S P
Potencia En Función De SP En KVA Es:
Teniendo que el factor de potencia es 0.9 tenemos:
cos (φ )∗ST=PT
ST=1.4∗SP
0.9=ST=1.79∗SP
Servicio Particular:
Sp=Ce (calificacionelectrica )∗n (Nº de lotes )∗f s ( factor de simultaneidad )
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Sp=(C e∗n∗f s )
1000[KW ]
Potencia Total En KVA Es:
ST=1.79∗(C e∗n∗f s )
1000
ST=1.79∗(1700∗46∗0.6 )
1000=83.98KVACálculo Del Número De Subestaciones
Stotal−KVA=83.98KVA
NºSE=83.98
50=1.68≈2
Se usaran 2 Subestaciones de 50 KVA
4.2.2 Calculo Del Radio De La Subestación
Hallamos La Densidad De Carga
δ= MD∗nÁ reatotal deresidensias
= 1700∗469001.1104
=8.68W /m2
f s=0.6
Calculo Del Área Servida
A=559∗SKVA
f s∗δ=
559∗SKVA
0.6∗8.68=107.33¿ SKVA
Hallamos El Factor De Corrección De Área
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f a=Área total
Á reanetaa servir
CUADRO GENERAL DE AREAS – EL MIRADOR LOS MILAGROS
DESCRIPCIONA. PARCIAL (
m2)A. TOTAL (
m2)%
ÁREA ÚTIL RESIDENCIA 9001.1104 9001.1104 83.16
CIRCULACIÓNAREA
PEATONAL720.6670
1822.44173 16.84AREA DE VÍAS 1089.7240
AREA TOTAL PERIMETRICO 10823.55 10823.55 100
f a=10823.55
9001.1104=1.21
Entonces el área a servir será:
A´=1.21∗107.33∗S KVA=129.87¿SKVA
Como la potencia de la SE. Es de 50 KVA remplazamos en la formula anterior
A´=129.8∗50=6493.47m2
Hallamos el radio
r=√ A´π
=√ 6493.47π
=45.46m
4.2.3 Calculo Del Conductor
Vamos a usar el conductor AAAC de 25mm y veremos si cumple con la máxima caída de tensión de 5%.
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Calculo por caída de tensión
Calibre
[mm2]
Nº
Hilos
Diámetro
Hilo
[mm]
Diámetro
Conductor
[mm]
Peso
Kg/Km
Resistencia
Eléctrica Capacidad de
Corriente20ºC
[Ohm/Km]
80ºC
[Ohm/Km]
25 7 2.15 6.5 70 1.31 1.59 125
Diagrama de carga de las SE (falta)
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4.2.4 Calculo Del Aislamiento
Para este ítem, solo calcularemos la línea de fuga requerida:
El grado de contaminación es media por lo que usaremos que
Lesp = 20mm/kvØ-Ø
El lugar está situado a una altura de 2400msnm, usaremos δ=0.75 (interpolando)
L(aislador )=V max (Lespecifica)
δ=
10∗1.1∗(20)0.75
=293.33mm
Entonces utilizaremos el aislador tipo HAP-185 ANSI CLASS 55-5
4.1CÁLCULOS MECÁNICOS
4.1.1 CALCULO DE LA ALTURA DEL POSTE
Se tomara una configuración simétrica de la siguiente manera:
H
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Calculamos La Flecha (F)
F=w∗a2
8∗T 0
= 0.070∗1502
8∗0.13∗723.9=2.09m
Calculamos La Distancia Flecha Suelo (Dft)
dft según el CNE:
Carreteras y avenidas = 6.5m
Carreteras y calles = 6m
Calles no transitables = 5m
Calle es zonas rurales = 6m
Tomamos como dft = 6.5 m
Calculo De La Distancia Vertical (dv)
Según el CNE. Hasta 11KV tenemos un dv=0.8m
Calculo De La Distancia Del Aislador A Tierra (dat)
dat=0.1+ Vmax150∗δ
=0.1+ 10∗1.1150∗0.75
=0.198≅ 0.20m
Para La Distancia Horizontal (dh)
dh /2=7.6kV max
δ+20.4∗√F−610=0.89m ; para conductores menores 35 mm2
Calculando La Altura (H)
H=dv+F−dat+dft+edon dee= H10
+0.6
H=109
∗(dv+F+dft+0.6)
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H=109
∗(0.8+2.09+6.5+0.6 )=11m
La concesionaria SEAL S.A. tiene como altura mínima para poses de redes
primarias 13 m por lo que:
H=13m
Calculando El Empotramiento (E)
e= H10
+0.6=1310
+0.6=1.9m
4.1.2 CALCULOS MECANICOS DEL CONDUCTOR
El conductor seleccionado para la red primaria será de aleación de aluminio, AAAC fabricado según las normas ASTM B309, ASTM B399 o IEC 1089.
Características Del Conductor
Material : aleación de aluminio AAAC Tipo : desnudo Sección : 25 mm2
Diámetro : 6.5 mm Peso: 70 Kg. / Km. Carga ruptura: 723.9 Kg Módulo de elasticidad : 6000 Kg./mm2
Coeficiente de dilatación lineal : 23 x 10 -6
Sección (mm2)
N° de Alambres
Diámetro exterior
(mm)
Tiro de
rotura (kg)
Peso (kg/m)
Esfuerzo de rotura (kg/mm2)
Módulo de elasticidad(kg/mm2)
Coef. De dilatación
(°C-1)
25 7 6.5 723.9 0.07 28.956 6200 0.000023
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Hipótesis de cálculo
1) Condiciones de templado Temperatura :20°C Velocidad del viento :0 km/h
2) Máximo esfuerzo Temperatura :5°C Velocidad del viento :90 km/h Factor de seguridad :3.5
3) Mínimo esfuerzo Temperatura :40°C Velocidad del viento :0 km/h
Calculamos Analizando La Hipótesis 2:
S=25mm2
T r=723.9Kgdiametro=6.5mm
Calculamos El Esfuerzo De Rotura:
σ r=T r
S
σ r=723.9
25=28.96Kg /mm2
σ max=28.963.5
=8.2742Kg /mm2
Notamos que el valor es menor que 9 Kg/mm2
Entonces Los Datos Para Nuestra Hipótesis 2 Son:
T=5 ºC Pv=0.0042∗90=34.02Kg /m2
σ=8.2742Kg /mm2
Las ECE para vanos al mismo nivel:
A=[αE (θ2−θ1)+a2W 1
2 E
24S2σ12−σ 1]
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B=a2W 2
2E
24 A2
Tenemos que:
σ 22 (σ 2+A )=B
Entonces Para Las Condiciones Iníciales (Hipótesis 2)
W v=Pv
∅ c
1000=34.02
6.51000
=0.2211Kg /m
W R=(W c2+W v
2)1/2
W R=(0.0702+0.22112)1 /2
W R=0.232Kg /m
En resumen tenemos: (Hipótesis 2, de done partimos)
σ 1=8.27Kg /mm2
θ1=5oC W 1=0.232Kg /m S=25mm2
α=2.3∗10−5
a=150m E=6000Kg /mm2
CALCULOS PARA LA HIPOTESIS 1: Calculo de las condiciones finales (Hipótesis 1):
σ 2 = ¿? θ2=20ºC W 2=0.070Kg /m S=25mm2
α=2.3∗10−5
a= 150 m E=6000Kg /mm2
Calculamos A:
A=[αE (θ2−θ1)+a2W 1
2 E
24S2σ12−σ 1]
A=¿A=0.8828
Calculamos B:
76
B=a2W 2
2E
24 S2
B= 1502 0.0702 600024 (25¿¿2)=44.1¿
Finalmente:
σ 22 (σ 2+0.8828 )=44.1
σ 2=3.26Kg
mm2
No excede al 40% de tiro de ruptura del cable σ r=28.96Kg /mm2
Este será el valor del esfuerzo de templado para una temperatura de 20 ºCEntonces los datos para nuestra hipótesis 1 son:
T=20oC Pv=0Kg /m2
σ=3.26Kg /mm2
CALCULOS PARA LA HIPOTESIS 3: Mínimo Esfuerzo Y Máxima Flecha.
Condiciones en la hipótesis 3:
T=40oC Pv=0Kg /m2
w3=0.070Kg /m σ 3=¿?
Luego tenemos los siguientes valores:
Calculamos A:
A=[αE (θ3−θ1)+a2W 1
2 E
24S2σ12−σ 1]
A=¿A=3.64
Calculamos B:
B=a2W 2
2E
24 S2
B= 1502 0.0702 600024 (25¿¿2)=44.1¿
Finalmente:
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σ 22 (σ 2+3.64 )=44.1
σ 2=2.648Kg /mm2
Concluyendo:
Hipótesis 1: templado 3.26 kg/mm2 Hipótesis 2: máximo esfuerzo 8.2743 kg/mm2 Hipótesis 3: mínimo esfuerzo 2.648kg/mm2
1 (kg/mmσ 2) 2 (kg/mmσ 2) 3 (kg/mmσ 2)3.26 8.2743 2.648
Calculo flecha:
fmáxima=a2∗ω3
8∗σ3∗S
fmáxima= 1502∗0.0708∗2.648∗25
fmáxima=2.97≅ 3.00
fmínima=a2∗ω2
8∗σ 2∗S
fmínima= 1502∗0.28∗8.2743∗25
fmínima=2.7
4.1.3 CÁLCULOS MECÁNICOS DE LA CRUCETA
Calculo De La Sobrecarga Por Viento
Presión del viento sobre la cruceta
Pv=0.00962∗v2=77.922Kg /m2
Carga del viento:
W v=Pv
∅ c
1000=77.92
6.51000
=0.50648Kg
F vc=amW v=150∗0.50648=75.792KgFH=76Kg
Calculo De La Sobrecarga Por Peso
W c=0.070Kg /mF c=0.070∗(150 )=10.5kg
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FV=Fc+Peso de la ferreteria+peso deuna personaFV=10.5+2.5+90=103Kg
FV=103Kg
Calculo de la fuerza resultante
FR=√F H2+FV
2
FR=√762+1032
FR=128.0039Kg
Aplicamos Un Factor De Seguridad 3.5:
FR=179.10∗3.5
FR=448.0137Kg
4.1.4 CALCULO MECÁNICO DEL POSTE
Fuerza Del Viento Sobre Los Conductores:
W v=Pv
∅ c
1000=38.961
6.51000
=0.2532Kg /m
FVC=0.2532∗150=37.98Kg
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Calculo de la carga del viento sobre el poste:
Donde: h=11.10m
80
e=1.9m d p=150 diámetro en la punta db=330 diámetro en la base H=13m
Calculo Del Diámetro En El Punto De Empotramiento:
de=dp+h( db−d p
H )de=150+11.10( 330−150
13 )de=303.6923mm
F vp=(de+d p)
2h∗Pv
Donde La Presión Del Viento En El Soporte Es (V: Velocidad Del Viento=90):
Pv=0.00481∗v2=38.961Kg /m2
F vp=(303.6923+150)
2∗100011.10∗38.961
F vp=98.1035KgCalculo De Z:
Z=h3
(de+2d p)de+d p
Z=11.103
(303.6923+2(150))303.6923+150
Z=4.9233m
Calculamos El Esfuerzo En La Punta
∑Mo=2∗Fvc∗h1+Fvp∗Z+Fvc∗h2
∑Mo=2∗37.98∗10.3+98.1035∗4.9233+37.98∗11.10
∑Mo=1686.9590Kg /m
F eq=1686.9590
11.1F eq=151.9783Kg
Comercialmente se tiene postes de 300Kg de carga de trabajo por lo que el poste seria, pero hubiéramos podido seleccionar 13/200/140/320 pero sería un poco riesgoso por eso optamos por 13/300/150/330 por una cuestión de diseño.
81
13/300/150/330/peso/4