Cimentacion de Subestacion

5/12/2018 Cimentacion de Subestacion - slidepdf.com

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Estandarización de las cimentaciones de una subestación

1. Introducción

En este primer apartado se pretende explicar y describir brevemente el escenario donde se va adesarrollar el proyecto, así como la motivación que ha dado lugar a su ejecución y el objetivofinal con el que se ha diseñado.

1.1. Subestaciones eléctricas y cimentaciones

Una subestación es la parte de una red eléctrica encargada de dirigir y transformar el flujo de laenergía. De ella salen y a ella confluyen líneas de igual o diferente tensión. Está compuesta poruna serie de equipos eléctricos que sirven para la explotación y protección de la subestación.

Las funciones de la subestación son:

- Explotación: La subestación tiene como meta el dirigir el flujo de energía de una maneraóptima, tanto desde el punto de vista de pérdidas energéticas, como de la fiabilidad y seguridaden el servicio.- Interconexión: Se encarga de la interconexión de las diferentes líneas que forman una redeléctrica, de igual o diferente tensión, así como también de la conexión de un generador a la red.- Seguridad: del sistema eléctrico, en caso de falta.

Una subestación, queda formada básicamente por varios circuitos eléctricos o posiciones,conectadas a través de un sistema de barras conductoras. Cada circuito eléctrico estácompuesto a su vez por interruptores, transformadores y seccionadores.

El interruptor es el aparato de desconexión que puede asegurar la “puesta en servicio” o “puesta fuera de servicio” de un circuito eléctrico y que, simultáneamente, está capacitadopara garantizar la protección de la instalación en que han sido montados contra los efectos de lascorrientes de cortocircuito. Dichos aparatos deben ser capaces de cortar la intensidadmáxima de corriente de cortocircuito. Por tanto. Su elección depende principalmente de lapotencia de cortocircuito.

Los transformadores, de intensidad y tensión, dan la información necesaria al circuito demedida, para poder detectar la falta y actuar sobre ella. Los equipos de protección necesitan de

estos datos para poder actuar eficazmente.

Por último, los seccionadores son equipos capaces de aislar eléctricamente los diferenteselementos, componentes o tramos de una instalación o circuito, con el fin de realizar labores demantenimiento con la seguridad adecuada. También son utilizados como selectores de barras ocomo “by-pass” para aislar a algún equipo fuera de servicio. Los seccionadores sólo pueden serutilizados fuera de carga.

Paralelamente a estos equipos, existen también las autoválvulas, equipos de protección que sedisponen previamente a otros aparatos con el fin de protegerlos en caso de falta en la red.

Los embarrados son el conjunto de cables o tubos conductores de la energía eléctrica al que seconectan todos los circuitos, sirviendo de pasillo de unión entre todos ellos. La configuración de

estas barras puede ser de diferentes maneras, dependiendo del nivel de tensión, la finalidad dela subestación, la fiabilidad necesaria o incluso las costumbres en ciertos países. Lasconfiguraciones más típicas son: simple barra, doble barra, triple barra, interruptor y medio yanillo.Las subestaciones se pueden clasificar según la función que desempeñan en la red eléctricacomo:

- Subestaciones de generación, cuyo cometido es conectar e incorporar a la red laenergía producida por los diferentes centros de generación de un país (térmicos, hidráulicos,eólicos, etc.) Estas subestaciones suelen tener que elevar el nivel de tensión de la energía,desde los valores de generación a los valores de transporte.- Subestaciones de transporte de la energía, desde su punto de generación hasta las áreas




de consumo. Actúan de interconexión entre un número variable de líneas de la red.- Subestaciones de distribución, que conectan las líneas de transporte con las ramas dedistribución de la energía, a menor nivel de tensión, para su transporte local y distribución.

Atendiendo a las soluciones constructivas de la subestación, se pueden dividir en:

- Subestaciones de intemperie, donde la aparamenta eléctrica y los embarrados estánsituados a la intemperie, enclavados sobre el terreno a través de estructuras metálicas o dehormigón y sus cimentaciones.

- Subestaciones de interior, donde el conjunto de la subestación se ubica en edificaciones,utilizándose sistemas de construcción convencionales o prefabricados. Estos sistemas obedecen acriterios ambientales o de emplazamiento.

Dependiendo del tipo de aparamenta utilizada, se puede realizar otra clasificación:

- Subestación convencional, que monta los componentes discretos convencionalesconectados entre sí mediante conexiones realizadas in situ. Pueden realizarse en intemperie ointerior.- Subestaciones blindadas, que utilizan los componentes integrados y montados en fábrica,protegidos mediante pantallas metálicas y aisladas generalmente mediante gas (SF6). Puedenrealizarse en intemperie o interior.Las cimentaciones son la parte estructural de la subestación encargada de transmitir las cargas

de la estructura al terreno. Dependen de las cargas soportadas y del tipo de terreno donde seasientan.

Existen dos tipos básicos de cimentaciones: superficial y profunda. Asimismo, hay algunasvariaciones de cada tipo.

Las cimentaciones superficiales constan de zapatas (llamadas zarpas en algunos países), aisladas,corridas y ligadas.

Las cimentaciones profundas constan de cajones perforados y muchas variedades de pilotes deconcreto hincables o colados en su sitio.

Las zapatas pueden ser, a su vez:

• Cuadradas: ancho y largo de la cimentación tienen la misma longitud. La profundidad esvariable. Es la zapata más utilizada en construcciones de subestaciones intemperie.• Rectangulares: utilizadas en el caso de que no sea posible implementar una zapatacuadrada o en diseños específicos que demuestren su eficacia en un caso particular.• Piramidales: son zapatas cuadradas o rectangulares cuya parte superior se estrecha, enforma de pirámide. Por su geometría evita que se acumulen balsas de agua en su superficie.• Zapatas aisladas: es aquella sobre la que descansa o recae un solo pilar, encargada detransmitir a través de su superficie de cimentación las cargas al terreno.• Zapatas corridas: pueden ser bajo muros, pilares, etc. Son cimentaciones de granlongitud en comparación con su sección transversal.• Zapatas ligadas: varias zapatas unidas entre sí.

Por tanto, puesto que la finalidad del proyecto es la estandarización de las cimentaciones de unasubestación, solamente se van a considerar aquellas que precisen de una estructura parasoportar su aparamenta y de sus respectivas cimentaciones.

En lo referente a los tipos cimentaciones de las estructuras sobre las que se apoyan laaparamenta de una subestación, suelen ser zapatas cuadradas o rectangulares aisladas, dehormigón armado, cuyas características dependerán de la norma de construcción que se aplique.Para el transformador de potencia de la subestación, en el caso de una subestacióntransformadora, la cimentación usada es la bancada, debido a las dimensiones y peso de dichoaparato.

Las cargas que deberán soportar estas cimentaciones, serán solamente aquellas que aparezcan




en una subestación, debidas generalmente a las condiciones climatológicas del lugar ycaracterísticas eléctricas de la subestación.

1.2. Motivación del proyecto.

En este apartado se va a explicar el proceso de elaboración de una oferta de una subestaciónllave en mano, proyecto dirigido íntegramente por la empresa y que se entrega al clientepreparada para su puesta en servicio.

El esquema de funcionamiento se puede sintetizar en los siguientes puntos:

- El cliente envía unas especificaciones técnicas o pliegos en los que definen el alcance delproyecto y las condiciones necesarias para que se le adjudique el proyecto de la subestación.- Socoin realiza una petición de oferta de los distintos equipos que forman la subestación a lossuministradores que tiene.- Los distintos fabricantes envían a Socoin la correspondiente oferta con los equipos quehabían sido pedidos.- Socoin elabora una oferta técnica y económica final basándose en los precios obtenidos porlos fabricantes y en la estimación de otros gastos: estructuras, cimentaciones, gastosfinancieros, etc.

En el competitivo mundo de las empresas dedicadas al diseño de subestaciones, la

estandarización de los diseños es una herramienta muy importante para reducir el tiempo y portanto el coste del diseño.

Esta necesidad se hace más importante cuando se trata de valorar una subestación. El clienteespera obtener rápidamente el precio de la subestación, proporcionando un conjunto muypequeño de datos.

Las empresas suelen estimar las necesidades del cliente y adecuarlas a los diseños que realizannormalmente, aplicando en ellas equipos de empresas con los que tienen acuerdos.

Estos estudios consumen mucho tiempo y recursos, por lo que se hace necesario unprocedimiento rápido para poder valorar las subestaciones.

La estandarización de las cimentaciones necesarias en la construcción de una subestación

intemperie, intenta aliviar los problemas con los que se encuentra una empresa a la hora deestimar el coste económico de las mismas en la realización de una oferta.

1.3. Metodología y objetivo del proyecto.

Como ya se ha comentado, el objetivo del proyecto es la estandarización de las cimentacionesexistentes en una subestación. Para llevar a cabo este objetivo el proyecto se ha dividido envarias partes:

- La primera parte estará destinada al análisis de las subestaciones eléctricas, con el fin deestablecer que subestaciones interesan para el estudio en este proyecto y cual será suconfiguración, en la medida en que ésta afecte al diseño de las cimentaciones.- En la segunda parte se darán a conocer las cargas que pueden aparecer en las estructuras

de una subestación y con que intensidad afectan a las estructuras. Dentro de este apartado sepretende crear unos escenarios tipo, que representen una amplia gama de casos reales.- El tercer apartado se dedicará al estudio de los tipos de cimentaciones que existeny a la elección de los más convenientes para nuestro proyecto.- En este punto se realizarán los diseños estándar de detalle para cada cimentación necesaria.- Por último se realizará un breve estudio económico del proyecto.

2. Análisis de Subestaciones eléctricas. Elección de la subestación tipoLas subestaciones a las que vamos a referir son aquellas que, por tener la necesidad de utilizardiferentes cimentaciones, interesan para el desarrollo del proyecto. Este tipo de subestaciónserá la subestación convencional intemperie, desechando las construcciones en interior y lassubestaciones fabricadas a base de celdas blindadas, que no precisan de cimentación.




2.1. Características generales de una subestación2.1.1. Tensión nominal

La tensión nominal de cada uno de los sistemas debe ser un dato aportado por el cliente.Las tensiones nominales en diferentes países y la tensión máxima para el material, según CEI, semuestran en la Tabla 1.

Tensión nominal del sistema kV Tensión máxima

Europa América para el material kV

45 - 52

66 69 72.5

110 115 123

132 138 145

150 161 170

220 230 245

Tabla 1.Tensión máxima para el m aterial según la CEI

Como los elementos se diseñan para la tensión máxima del material, es indistinto para el diseñoque la tensión nominal adopte niveles europeos o americanos.

En este proyecto sólo se van a estudiar los casos en los que el nivel de tensión nominal sea de230, 132 y 66 kV ó, lo que es lo mismo, cuyos niveles de tensión máxima para el material seande 245, 145 y 72.5 kV.

2.1.2. Intensidad nominal

La intensidad nominal fija los esfuerzos térmicos que debe soportar una instalación eléctrica, enlas condiciones de operación más desfavorables. Sirve para determinar la sección de losembarrados y las características de conducción de corriente de los interruptores, seccionadores,transformadores de medida, etc.

La intensidad nominal con la que se determinará la subestación debería ser un dato suministradopor el cliente. En caso de no disponer de ningún dato al respecto se tomarán los datos de laTabla 2, que representan un caso desfavorable, con intensidades ligeramente superiores a losniveles esperados.

245 kV 132 kV 66 kV

Intensidad nominalpor circuito 4000 A 2000 A 1250 A

Tabla 2. Intensidad nominal por circuito.

2.1.3. Intensidad de cortocircuito

La intensidad de cortocircuito determina los esfuerzos electrodinámicos máximos que puedensufrir los embarrados y los tramos de conexión, siendo también un parámetro importantepara el diseño de la red de tierra.

En caso de tener datos los cálculos de las intensidades de cortocircuito se deberían determinar.En este caso se tomarán las intensidades de laTabla 3 como intensidades de cortocircuito, proporcionadas por el manual de UNION FENOSA:Normalización del Diseño de Subestaciones Convencionales, siendo un máximo razonable paralos niveles de tensión en los que trabajamos.




245 kV 132 kV 66 kV

Intensidad decortocircuito 32 kA 25.5 kA 25.5 kA

Tabla 3. Intensidades de cortocircuito.2.1.4. Nivel y distancias de aislamiento

El nivel de aislamiento de una subestación se fija en función de la tensión nominal de operación,de las normas correspondientes y de los niveles de sobretensiones existentes en el sistema. Seconoce como Nivel Básico de Aislamiento o B.I.L.

A continuación, en la Tabla 4 se enumeran los niveles de aislamiento estandarizados para lasdistintas tensiones de estudio del proyecto.

Tensión mas elevadapara el material kV

B.I.L. kV

245 1050145 65072.5 325

Tabla 4. Tensión más elevada para el material.

Las distancias de aislamiento para un parque dependen de los niveles de tensión:

- 220 kV: A partir de los 1050 kV cresta, para el valor de la tensión soportada frente aimpulsos tipo rayo en 245 kV, y aplicando R.C.E., para altitudes máximas de 1000m, lasdistancias mínimas en el aire son:

• Distancia mínima fase tierra: 2100mm• Distancia mínima fase-fase: 2100mm

Por cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a esta cantidad 26.5 mm.

- 132 kV: A partir de los 650 kV cresta, para el valor de la tensión soportada frente aimpulsos tipo rayo en 145 kV, y aplicando R.C.E., para altitudes máximas de 1000m, lasdistancias mínimas en el aire son:





Por cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a esta cantidad 16.5 mm.

- 66 kV: A partir de los 325 kV cresta, para el valor de la tensión soportada frente aimpulsos tipo rayo en 72.5 kV, y aplicando R.C.E., para altitudes máximas de 1000m, lasdistancias mínimas en el aire son:


Por cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a esta cantidad 8 mm.

Las distancias fase-fase y fase-tierra de laTabla 5, que se han tomado como estándar, superan las distancias mínimas reglamentadas paracada nivel de tensión.

230 kV 132 kV 66 kV

Distancia fase-fase 4000 mm 3000 mm 1500 mm

Distancia fase-tierra 4000 mm 3000 mm 1500 mm

Tabla 5. Distancias de seguridad

2.1.5. Configuración de los embarrados

El diseño de una subestación eléctrica consiste esencialmente en la distribución de un ciertonúmero de componentes (transformadores de potencia, transformadores de medida,interruptores, seccionadores, etc.), de acuerdo con las funciones a desarrollar y con ciertasreglas de espacio a respetar, respetando también el diagrama unifilar y el sistema de barras delsistema.

Una subestación eléctrica está básicamente compuesta de un número determinado de circuitossimilares, compuestos por un conjunto de aparatos: seccionadores, interruptores,transformadores, etc.; conectados todos ellos a un sistema de barras colectoras común

sometidas a una misma tensión.Las configuraciones posibles para una subestación son múltiples:

- Simple Barra SB- Barra Partida BP- Doble Barra DB- Triple Barra TB- Anillo AN

Para la ejecución de este proyecto se ha determinado, basándose en una estadística deproyectos realizados por la empresa en los últimos años para diversos países y atendiendo a lasnecesidades del departamento, que la configuración de las barras sea la que se representa en laTabla 6.

Configuracióndel embarrado

230 kV DB132 kV DB66 kV SB

Tabla 6 Embarrados.




2.2. Diseño de la subestación tipo

Además de las características generales descritas anteriormente, también es necesario considerarla aparamenta que interviene en la construcción de las subestaciones para poder realizar loscálculos. Para ello se ejecutó un estudio del aparellaje utilizado en distintos proyectos desubestaciones convencionales de intemperie realizados en los últimos años por Soluziona/Socoin.

Con la estandarización de la configuración de la subestación y de la aparamenta empleada, lassubestaciones tipo para las que se realizarán los diseños quedan determinadas de la siguiente

manera.

2.2.1. Subestación convencional intemperie de 230 kV

230 kVEmbarrado Doble BarraIntensidad nominal 4000 AIntensidad cc. 32 kADistancia entre fases 4000 mmTubos 150/134 AlSeccionador Pantógrafo SP-245/4000 MesaSeccionador Giratorio SG3CT-245/4000 MesaInterruptor 3AP1-F1 245 Siemens

Autoválvula 3EQ1 SiemensTransformadorde intensidadTransformadorde tensión inductivoTransformadorde tensión capacitivoTransformadorde potencia

CA-245 Arteche

UTF-245 Arteche

DFK-245 Arteche

Construcción bajo pedido

Tabla 7. Subestación tipo 230 kV

Los detalles del cálculo de los tubos utilizados en la configuración se encuentran recogidosdentro del apartado de cálculos


132 kVEmbarrado Doble BarraIntensidad nominal 2000 AIntensidad cc. 25.5 kADistancia entre fases 3000 mmTubos 100/94 AlSeccionador Pantógrafo SP-132/2000 MesaSeccionador Giratorio SG3CT-145/2000 MesaInterruptor LTB-D 170kV ABB

Autoválvula 3EP4 Siemens

Transformadorde intensidadTransformadorde tensión inductivoTransformadorde tensión capacitivoTransformador de potencia

CA-145 Arteche

UTE-145 Arteche

DBD-145 ArtecheConstrucción bajo pedido




Tabla 8. Subestación tipo 132kV

Los detalles del cálculo de los tubos utilizados en la configuración se encuentran recogidosdentro del apartado de cálculos


66 kVEmbarrado Simple BarraIntensidad nominal 1250 AIntensidad cc. 25.5 kADistancia entre fases 1500 mmTubos 80/77 AlSeccionador Pantógrafo N/ASeccionador Giratorio SG3CT-72/1250 MesaInterruptor EDF-SK36 84kV ABB

Autoválvula 3EP4 SiemensTransformadorde intensidadTransformador

de tensión inductivoTransformadorde tensión capacitivoTransformador de potencia

CA-72 Arteche

UTC-72 ArtecheDBD-72 ArtecheConstrucción bajo pedido

Tabla 9. Subestación tipo 66 kV

Los detalles del cálculo de los tubos utilizados en la configuración se encuentran recogidos dentrodel apartado de cálculos

En este caso, y debido a la configuración de barras no es necesaria la utilización deseccionadores pantógrafos, por lo que se han eliminado del diseño.




3. Estudio de las cargas aplicables.

3.1. Introducción

Este proyecto tiene como finalidad estudiar y estandarizar las cimentaciones de las estructurascuya finalidad no es crear espacios cubiertos; son en general estructuras de soportes (aparatoseléctricos), pero de todos modos deben resultar armoniosas, livianas y económicas, virtudes quese exigen hoy a cualquier obra.

Una construcción es la materialización de una idea, donde conjugan variedad de formas ymateriales, para obtener la prestación requerida con los mínimos costos, desafío permanente delproyectista.

Las construcciones de interés para este proyecto están sólo formadas por elementosestructurales, que se han desarrollado en el siglo XX, en paralelo con el surgimiento de losmateriales que revolucionaron la industria de la construcción y el desarrollo de la electrotecnia.

Una estructura y su cimentación son la manera de conseguir la máxima resistencia con el mínimomaterial, mediante la utilización más apropiada de las formas y los materiales. No consiste enhacer algo más fuerte agregando más masa y volumen, sino utilizando menos materiales de lamanera más apropiada, consiguiendo así la resistencia necesaria.

En este apartado se van a estudiar las posibles cargas que se pueden producir en unaestructura soporte de una subestación. Estas cargas influyen notablemente en el diseño de lascimentaciones.

Las cargas pueden ser producidas por factores climatológicos, así que estas cargas puedenvariar de un emplazamiento a otro, precisando de diferentes diseños para cada subestación.

Estos esfuerzos también pueden ser producidos por las corrientes eléctricas, en el caso de uncortocircuito por ejemplo, dependiendo en tal caso de las características eléctricas de lasubestación. Por tanto, también deben de variar los diseños de cimentaciones en subestacionescon diferentes configuraciones eléctricas.

3.2. Las cargas

La concepción y el desarrollo de una estructura se debe hacer con el conocimiento ysensibilidad de los efectos que producen las variadas cargas y fuerzas que actúan sobre estasfuturas construcciones.

El equívoco en la valoración real de las fuerzas posee un alto costo: el derrumbe, el caos, lasroturas, que ocurren cuando la estimación es en defecto (inferior a las fuerzas que actuarán en eltranscurso de los años sobre la obra construida).

Lo opuesto, mucho más generalizado, es cuando se construyen obras con exageradoscoeficientes de seguridad, y aparecen construcciones pesadas, poco económicas.

Un buen estudio de cargas es aquel donde los valores determinados en la etapa de cálculocoinciden con los que se presentan en la realidad. Y dicho estudio deberá considerar la evolución

futura de la obra, atento a las posibles necesidades de ampliación, implícitas en algunos casos.

La tarea de determinar las cargas es compleja por la variedad. Una sola como ejemplo decaprichoso comportamiento, el viento. Lograr una cifra exacta de la magnitud de la presión queejerce el viento en un instante dado de toda una vida útil de la construcción es imposible.

Las cargas variables con el tiempo (viento, sobrecargas, nieve, etc.) se obtienen de normas ycódigos que las establecen en cada país y región, y que corresponden a datos y experienciasrecogidas en el lugar durante largos períodos de tiempos.

Las cargas permanentes suelen ser más fáciles de determinar, generalmente suelen corresponder




a pesos, etc.

Fuerzas características de las instalaciones eléctricas son las originadas es esfuerzoselectrodinámicos, que tienen la particularidad de ser oscilatorias.

Las cimentaciones tienen la finalidad de transmitir las cargas de la estructura al terreno. Sedeben diseñar en función de éstas y del tipo de terreno. No puede haber un buen diseño decimentaciones si previamente no ha habido un buen estudio de las cargas soportadas.

3.3. Tipos de cargas

Como se ha comentado anteriormente, el estudio de las cargas es un factor importante en eldiseño de una cimentación. Existen diversas fuerzas en una subestación, de las cuales hay quedeterminar cuales son significativas y cuales pueden ser despreciadas en los cálculos.

3.3.1. Cargas debidas al viento

La presión ocasionada por el viento es proporcional al cuadrado de la velocidad y debe sercalculada, principalmente, en las superficies expuestas de una estructura.

Debido a la rugosidad de la tierra, la velocidad del viento es variable y presentaturbulencias. Sin embargo, se asume que la edificación adopta una posición deformada debido a

una velocidad constante y que vibra a partir de esta posición debido a la turbulencia.El procedimiento analítico para evaluar los efectos producidos por la fuerza del vientoinvolucra el análisis simple, si los efectos producidos por la fuerza del viento no sonfundamentales en el diseño, o el análisis completo, si por el contrario, las fuerzas de vientoen algún sentido resultan determinantes en el diseño. Estas cargas dependen de la ubicación dela estructura, de su altura, del área expuesta y de la posición.

En la RCE, Reglamento de Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación, seespecifica el cálculo de estas presiones de acuerdo a las características de la estructura. Engeneral ni se especifican normas de diseño para el efecto de huracanes o tornados, debido a quese considera incosteable el diseño contra estos efectos.

Cuando las estructuras impiden el flujo del viento, la energía cinética de éste reconvierte en

energía potencial de presión, lo que causa la carga de viento.

El efecto del viento sobre una estructura depende de la densidad y velocidad del aire, del ángulode incidencia del viento, de la forma y de la rigidez de la estructura y de la rugosidad de susuperficie.

El viento es uno de los factores comunes en todos los diseños de estructuras y cimentaciones enuna estación eléctrica. Los valores de velocidad y presión del viento sobre las estructurasdependen del lugar y de la forma de la estructura respectivamente y suelen venir determinadospor los reglamentos de cada país.

Según el RAT, Reglamento de Líneas de Alta Tensión, se considerará un viento de 120 kilómetrospor hora de velocidad. Se supondrá el viento horizontal actuando perpendicularmente a las

superficies sobre las que incide.

La acción de este viento da lugar a las presiones que a continuación se indican, sobre losdistintos elementos:

- Sobre conductores y cables de tierra de un diámetro superior a

16mm…...........................................................................................60 Kg/m2




- Sobre conductores y cables de tierra de un diámetro inferior o igual a

16mm…...........................................................................................50Kg/m2

- Sobre superficies planas…………………………………………100Kg/m2

Las presiones anteriormente indicadas se considerarán aplicadas sobre las proyecciones de lassuperficies reales en un plano normal a la dirección del viento.

Estos valores son válidos hasta una altura de 40m sobre el terreno circundante, debiendo paramayores alturas adoptarse otros valores debidamente justificados.

No se tendrá en cuenta el efecto de pantalla entre conductores ni aún en el caso de haces deconductores de fase.

3.3.2. Cargas debidas al peso

Las cargas provocadas por el peso son cargas permanentes, es decir, siempre están presentes ysiempre en la misma medida. Son fáciles de determinar, puesto que sólo dependen de lascaracterísticas de la estructura y del elemento soportado.

Estas cargas están provocadas por dos motivos:

- Peso del elemento soportado: en este caso se refiere al peso del aparato eléctrico. Es undato que debe de ser proporcionado por el fabricante o que se puede medir con relativa facilidad.

- Peso propio de la estructura: es el esfuerzo causado por el peso de la masa que forma lapropia estructura. Es inevitable e invariable. Depende del diseño de la estructura. Se calculafácilmente a partir de la densidad del material con el que se realizan las estructuras y el volumende estructura que ha salido del diseño.

3.3.3. Cargas motivadas por el hielo

Estas cargas son sobrecargas de peso producidas por la acumulación de hielo o nieve en lasuperficie de los aparatos y cables, con el consiguiente aumento de masa y, por tanto, de peso.

A este respecto el RAT especifica: A estos efectos el país se clasifica en tres zonas:- Zona A: La situada a menos de 500m de altitud sobre el nivel del mar. En esta zona no setendrá en cuenta sobrecarga alguna motivada por el hielo.

- Zona B: La situada a una altitud entre 500 y 1000 metros de altitud sobre el nivel del mar.Se considerarán sometidos los conductores y cables de tierra a la sobrecarga de un manguito dehielo igual a:

180x√ d gramos por metro lineal

Siendo d el diámetro del conductor o cable de tierra en mm

- Zona C: La situada a una altitud superior a 1000 metros de altitud sobre el nivel del mar. Seconsiderarán sometidos los conductores y cables de tierra a la sobrecarga de un manguito dehielo igual a:

360x√ d gramos por metro lineal

Siendo d el diámetro del conductor o cable de tierra en mm

3.3.4. Cargas sísm icas

Las cargas sísmicas son cargas inerciales causadas por movimientos sísmicos que se traducen




en movimientos del terreno sobre el que están enterradas las cimentaciones.

Éstas pueden ser calculadas teniendo en cuenta las características dinámicas del terreno, de laestructura (amortiguamiento masa y rigidez), y las aceleraciones esperadas.

Son cargas dinámicas que también pueden ser aproximadas a cargas estáticas equivalentes.Los edificios pueden utilizar este procedimiento cuasi-estático, pero también se puede utilizarun análisis modal o dinámico.

Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interacción del movimiento delsuelo y las características de respuesta de la estructura. Esas cargas resultan de la distorsión enla estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de ésta. Sus magnitudesdependen de la velocidad y tipo de aceleraciones del suelo, así como de la masa y rigidez de laestructura.

3.3.5. Cargas debidas a cortocircuito

La corriente de cortocircuito es debida a una falla de aislamiento que ocurre en un momentocualquiera y en un punto genérico de la red, también puede deberse a una maniobra equivocada(que anula un aislante) o a otras causas.

Una enorme cantidad de instalaciones eléctricas son trifásicas, y deben ser estudiadas teniendo

en cuenta esa condición.En funcionamiento normal la red es equilibrada de manera que se presentan en todas las faseslas mismas corrientes desfasadas 120 grados eléctricos.

Desde nuestro punto de vista podemos suponer el circuito equivalente como tres generadoresmonofásicos vinculados, desfasados entre sí 120 grados eléctricos alimentan la red trifásica.

Cuando en un sistema trifásico se presenta una falla trifásica, el sistema no pierde la simetría,por esto la falla trifásica se llama también simétrica.

Por otra parte se pueden producir fallas bifásicas, o monofásicas, que se dicen asimétricas por laparticular situación que presentan.

El dimensionamiento de las instalaciones y de sus componentes no se hace para soportar elestado de cortocircuito permanente, en rigor estas condiciones pueden será soportadas portiempos relativamente modestos, y con frecuencia también modesta.

Los efectos que se presentan cuando se produce un cortocircuito en la instalación deben serconocidos y controlados.

- Efectos térmicos

La circulación de corriente en un conductor cualquiera produce calor por efecto Joule.

Si se desea conocer los efectos de este fenómeno se debe realizar la integral que permiteevaluarlo, por el tiempo que interesa.

Este efecto no afecta al diseño de las cimentaciones.

- Efectos dinámicos

Cuando se produce un cortocircuito circulan elevadas corrientes y aparecen entonces fuerzas deatracción y repulsión entre conductores atravesados por dichas corrientes.

Los conductores cambian de posición y se producen deformaciones, en consecuencia sepresentan distintos estados de tensión

Los esfuerzos de cortocircuito que se presentan entre dos conductores dependen del cuadrado




de la corriente que por ellos circula, en rigor dependen del producto de las corrientes, pero si lacorriente es la misma en ambos conductores la primera afirmación es correcta.

Basándose en el manual de UNION FENOSA: “partiendo de la Ley de Laplace, particularizadapara una falta bifásica asimétrica, y en conductores cilíndricos paralelos”, se tiene la expresión E-1 :

E- 1 Qcc = 16.32 Icc2/e

Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)

3.4. Elección de las condiciones de diseño. Escenarios tipo

Una vez hemos descrito las cargas que pueden aparecer en una subestación, debemos elegircuales de ellas son significativas para nuestro diseño y en qué medida.

Como lo que se realiza aquí no pretende ser un proyecto para la construcción de una subestaciónreal, sino una estandarización del material necesario para elaborar los cimientos de los aparatosde una subestación, las condiciones de diseño no vienen indicadas por el cliente o por laubicación de la subestación, como es lo habitual.

En este punto, el proyecto se encuentra ante un gran abanico de posibles escenarios, casi tanamplio como el mismo planeta, cuya solución parece difícil. Una cimentación es un diseñocomplejo que depende de muchos factores, y que no puede ser normalizado fácilmente sin caeren el equívoco de sobredimensionar las construcciones.

Por el contrario, unificar las cimentaciones eliminando ciertos factores de seguridad, puede serextremadamente peligroso, debido a la consecuencias que podría tener un derrumbe en unasubestación.

Para solventar este problema, lo primero fue centrar este objetivo en un campo geográfico deactuación menos amplio. Para lo cual se centro la atención en dos zonas en particular: España yLatinoamérica, en concreto la zona del estado de México. Es en estos dos países donde laempresa Socoin tiene un mayor número de proyectos y donde, históricamente, se hadesarrollado gran parte de su actividad.

Dentro de estos dos escenarios aún caben amplias variaciones de las condiciones de diseño,velocidad de viento, intensidad sísmica, etc. Se ha pretendido en este proyecto representar a ungran número de ubicaciones, dentro de las zonas estudiadas, a fin de que los diseños sean útilespara un número elevado de proyectos.

Para conseguir este objetivo se han creado tres escenarios ficticios, que no pretenden serningún escenario real, pero sí tener una gran similitud con muchos de los escenarios reales.

Como en cualquier estandarización quedan fuera de estudio aquellos sitios, que por suscondiciones, no resultan un lugar característico de la zona. También quedan fuera deestudio todas aquellas condiciones que se pueden considerar no habituales.

3.4.1. Escenario ti po 1

Este primer grupo se ha centrado en la configuración de un escenario tipo que represente lascondiciones de diseño que se dan habitualmente en cualquier zona de España.

Para ello ha sido inspirado en las normativas vigentes españolas y en los reglamentos desubestaciones y líneas eléctricas españolas.

La normativa utilizada para el diseño de este caso es:

- Normativa del Hormigón: EH-91- Normativa del Acero Conformado: EA-95 (MV110)




- Normativa del Acero Laminado: EA-95 (MV103)

Los materiales utilizados para la cimentación son:

- Hormigón: H-175 Control Normal.- Acero: AEH-400

a) Viento:

Según el RAT, se considerará un viento de 120 kilómetros por hora de velocidad. Se supondráel viento horizontal actuando perpendicularmente a las superficies sobre las que incide.

Como ya se ha visto anteriormente en el RAT, la acción del viento da lugar a las presiones que acontinuación se indican, sobre los distintos elementos:

- Sobre superficies planas…………………………………………100Kg/m2.

En el caso que ocupa a este proyecto, se va a considerar el aparato soportado como unasuperficie plana de área igual al área de la sección más desfavorable del aparato, y que el vientoincide sobre ella perpendicularmente.

Las dimensiones de los aparatos vienen especificadas en los catálogos de productos del

fabricante.a) Peso propio:

Las cimentaciones tienen que soportar también el peso de la estructura que soporta laaparamenta. Este peso se calcula fácilmente y varios programas lo estiman automáticamente.En este tipo de construcciones es una carga de escaso valor.

b) Peso soportado:

Se refiere al peso debido al aparato soportado. En este caso este dato viene proporcionado porel fabricante de los aparatos que se han elegido para el diseño de la subestación tipo.

c) Cortocircuito:

La fuerza de cortocircuito es una fuerza que puede estar presente en cualquier subestación. Esuna fuerza por tanto que se debe tener en cuenta en todos los escenarios.

Esta fuerza se cuantifica mediante la estimación de la intensidad de cortocircuito que puedeestar presente en una subestación, utilizando la Ley de Laplace, particularizada para una faltabifásica asimétrica como se detalla en la ecuación E- 2 :

E- 2 Qcc = 16.32 Icc2/e


a) Hielo:

No se han considerado esfuerzos debidos a manguitos de hielo o nieve en este escenario.




b) Sismo:

No se han considerado esfuerzos debidos a actividades sísmicas en este escenario.


Este escenario pretende ser un paso intermedio entre el salto que hay de las condiciones que sepueden presentar en una subestación ubicada en España y otra ubicada en Latinoamérica.

Básicamente se trata de una particularización de la normativa española, utilizando una velocidaddel viento de 160 kilómetros por hora, cifra habitual en los diseños realizados en México.

La normativa que se ha utilizado sigue siendo la española:

- Normativa del Hormigón: EH-91- Normativa del Acero Conformado: EA-95 (MV110)- Normativa del Acero Laminado: EA-95 (MV103)


- Hormigón: H-175 Control Normal

- Acero: AEH-400c) Viento:

Se considerará un viento de 160 kilómetros por hora de velocidad. Se supondrá el vientohorizontal actuando perpendicularmente a las superficies sobre las que incide.

Como se ha visto anteriormente, la acción del viento a 120 km/h da lugar a las presiones que acontinuación se indican, sobre los distintos elementos:


Sobre este cálculo, y sabiendo que la relación entre la presión y la velocidad del viento escuadrática, se realizó el cálculo correspondiente a

160 kilómetros por hora dando como resultado la siguiente presión del viento:


En el caso que ocupa, se va a considerar el aparato soportado como una superficie plana deárea igual al área de la sección más desfavorable del aparato, y que el viento incide sobre ellaperpendicularmente.

Las dimensiones de los aparatos vienen especificadas en los catálogos de productos delfabricante

d) Peso propio:

Las cimentaciones tienen que soportar también el peso de la estructura que soporta laaparamenta. Este peso se calcula fácilmente y varios programas lo estiman automáticamente.En este tipo de construcciones es una carga de escaso valor.

e) Peso soportado:

Se refiere al peso debido al aparato soportado. En este caso este dato viene proporcionado porel fabricante de los aparatos que se han elegido para el diseño de la subestación tipo.

f) Cortocircuito:

La fuerza de cortocircuito es una fuerza que puede estar presente en cualquier subestación. Es




una fuerza por tanto que se debe tener en cuenta en todos los escenarios.

Esta fuerza se cuantifica mediante la estimación de la intensidad de cortocircuito que puedeestar presente en una subestación, utilizando la Ley de Laplace, particularizada para una faltabifásica asimétrica como se detalla en la ecuación E- 3:

E- 3 Qcc = 16.32 Icc2/e

Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)

e: Separación entre fases (cm)

g) Hielo:

No se han considerado esfuerzos debidos a manguitos de hielo o nieve en este escenario.

h) Sismo:

No se han considerado esfuerzos debidos a actividades sísmicas en este escenario.


En este escenario, la ubicación representada es Latinoamérica, en particular el estado de México.Se trata de representar las condiciones que se dan en un estado de Latinoamérica como es el deMéxico. En este caso el diseño varía, para tener en cuenta sobretodo las condiciones sísmicas yde viento.

Es conocido que en este país la actividad sísmica es especialmente importante. Las condicionesclimatológicas varían en gran medida, algo que cabía esperar dadas las diferencias entre un paísy otro.

En este escenario se ha utilizado la normativa de México para determinar el efecto de lasismicidad en las estructuras y sus cimentaciones.

La normativa utilizada para el diseño de este caso es:

- Normativa del Hormigón: NB-1- Normativa del Acero Conformado: AISI- Normativa del Acero Laminado: NTCRC- Normativa sismicidad CFE93


- Hormigón: C-18. Control Normal.- Acero: CA-50-A, CA-60-B.

i) Viento:

Se considerará un viento de 160 kilómetros por hora de velocidad. Se supondrá el vientohorizontal actuando perpendicularmente a las superficies sobre las que incide.

Como se ha visto anteriormente, la acción del viento da lugar a las presiones que a continuaciónse indican, sobre los distintos elementos:


Sobre este calculo, y sabiendo que la relación entre la presión y la velocidad del viento escuadrática, se realizo el cálculo correspondiente a una velocidad del viento de 160 kilómetros porhora dando como resultado la siguiente presión del viento:





En el caso que ocupa, vamos a considerar el aparato soportado como una superficie plana deárea igual al área de la sección más desfavorable del aparato, y que el viento incide sobre ellaperpendicularmente.

Las dimensiones de los aparatos vienen especificadas en los catálogos de productos delfabricante

j) Peso propio:

Las cimentaciones tienen que soportar también el peso de la estructura que soporta laaparamenta. Este peso se calcula fácilmente y varios programas lo estiman automáticamente. Eneste tipo de construcciones es una carga de escaso valor.

k) Peso soportado:

Se refiere al peso debido al aparato soportado. En este caso, el peso viene proporcionado por elfabricante de los aparatos que se han elegido para el diseño de la subestación tipo.

l) Cortocircuito:

La fuerza de cortocircuito es una fuerza que puede estar presente en cualquier subestación. Esuna fuerza por tanto que se debe tener en cuenta en todos los escenarios.

Esta fuerza se cuantifica mediante la estimación de la intensidad de cortocircuito que puedeestar presente en una subestación, utilizando la Ley de Laplace, particularizada para una faltabifásica asimétrica como se detalla en la ecuación E- 4:

E- 4 Qcc = 16.32 Icc2/e


m) Hielo:

No se han considerado esfuerzos debidos a manguitos de hielo o nieve en este escenario

n) Sismo:

Los esfuerzos provocados por la sismicidad del terreno deben ser considerados en el diseño decualquier estructura en un estado como el de México.

Los efectos provocados por sismos pueden ser demoledores en algunos casos. Aquí no tendríasentido un diseño adaptado, puesto que sobredimensionaría todas las construcciones.

Hay que encontrar el intermedio entre unas grandes estructuras que lo soporten todo y unasestructuras que presten un buen servicio sin la necesidad de cimentar abundantemente.

Para diseñar este tipo de cimentaciones se ha utilizado un programa especializado de diseño deestructuras y cimentaciones. Se trata del programa CYPE, utilizado en otras ocasiones en Socoinpara comprobar las estructuras y cimentaciones de los proyectos que allí se llevan acabo.

Este programa se basa en la norma CFE93 de México para simular los efectos estructurales quetendría un sismo en la cimentación. En la configuración de esta simulación intervienen lossiguientes apartados.

Sismo CFE93 (México):

- Parte de sobrecarga a considerar: 0.5




- Número de modos: 6- Factor de comportamiento sísmico 1.00- Tipo de suelo Tipo II. Intermedio.- Clasificación de construcciones Grupo B. Seguridad media.- Zona Sísmica Peligrosidad media-baja.

4. Diseño de cimentaciones. Resultados

4.1. Las cimentaciones

Como se ha introducido al principio del proyecto, el cimiento es la parte estructural de laestructura encargada de transmitir las cargas al terreno. Dado que la rigidez y resistencia delterreno son, salvo en casos excepcionales, muy inferiores a las de la estructura, la cimentaciónposee un área en planta muy superior a la suma de las áreas de todos los soportes y muros decarga.

Lo anterior conduce a que los cimientos son en general piezas de volumen considerable conrespecto al volumen de las piezas de la estructura. Los cimientos se construyen casiinvariablemente en hormigón armado y, en general, el hormigón no precisa de una extraordinariacalidad.

Las cimentaciones de la mayor parte de las estructuras se desplantan debajo de la superficie delterreno. Por lo tanto, no pueden construirse hasta que se ha excavado el suelo que está al nivelde las cimentaciones.

4.2. Las zapatas

El tipo de cimentación que se va a utilizar para cimentar las estructuras de la subestación va aser una cimentación tipo Zapata.

Una zapata es una ampliación de la base de una columna o muro que tiene por objeto transmitirla carga al suelo a una presión adecuada a las propiedades del suelo.

A las zapatas que soportan una sola columna se las denomina zapatas individuales o aisladas.

La zapata que se construye debajo de un muro se llama zapata corrida o continua.

Si una zapata soporta varias columnas se le llama zapata combinada. Una forma especial dezapata combinada que se usa normalmente en el caso que una de las columnas soporte un muroexterior es la zapata en voladizo o cantilever.

4.3. Diseño de cimentaciones

En este apartado se van a describir los resultados obtenidos del diseño estandarizado de lascimentaciones para las subestaciones que intervienen en el estudio. Se detallarán las medidasde las zapatas, el tipo de zapata a utilizar, el tamaño del armado y los materiales utilizados.También serán calculados el volumen de hormigón y de metal necesarios. Este último se suele

estimar entre 50-60Kg de acero por cada metro cúbico de hormigón. Para este proyecto seconsiderarán 50Kg/m3

Los cálculos de las cargas que intervienen en este diseño así como los resultados obtenidos dela comprobación del diseño mediante ordenador, vienen recogidos en el apartado de cálculos.

El tipo de terreno que se ha considerado es un terreno con una tensión máxima admisible de 200kN/m2. Este terreno ha sido utilizado para todos los diseños de este proyecto, siendo un dato decalidad medio dentro de las características que se suelen exigir en cualquier obra de este tipo. Sien algún caso el terreno fuese de peor calidad se puede plantear una obra para mejorar suscualidades.




4.3.1. Subestación convencional intemperie 23 0 kV

A) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 1

Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestación de 230 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 1 (España).

Figura 1. Descripción de la zapata

La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 210x210x35 cm.

El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 1.543m3El peso de acero es el siguiente: P = 77.15kg

B) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 2

Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestación de 230 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).






El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 2m3El peso de acero es el siguiente: P = 100kg

C) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenario 3

Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestación de 230 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).






El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 2.38m3El peso de acero es el siguiente: P = 119kg

D) AUTOVÁLVULAS Escenario 1

Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 230 kV. En el supuesto de unescenario tipo 1 (España).







E) AUTOVÁLVULAS: Escenario 2

Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 230 kV. En el supuesto de unescenario tipo 2 (España-Sudamérica).







F) AUTOVÁLVULAS: Escenario 3

Cimentación diseñada para la Autoválvula de una subestación de 230 kV. En el supuesto de unescenario tipo 3 (Sudamérica).


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 185x185x35 cm, las mismasmedidas que la del escenario anterior.





G) SECCIONADOR GIRA TORIO. Escenario 1

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 230 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 1 (España).


La cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas de 285x125x30 cm.

El volumen de hormigón de las zapatas es de: V = 2.13m3El peso de acero es el siguiente: P = 106.5kg




H) SECCIONADOR GIRATORI O. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 230 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).



El volumen de hormigón de las zapatas es de: V = 3.22m3El peso de acero es el siguiente: P = 161kg




I) SECCIONADOR GIRA TORIO. Escenario 3

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 230 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).


La cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas de 325x170x30 cm. Aunque la zapata varía su geometría, el volumen es equiparable a la del escenario anterior.





J) TRANSFORM ADOR DE INTENSIDA D. Escenario 1

Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una subestación de 230 kV.En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).







K) TRANSFORM ADOR DE INTENSIDA D. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una subestación de 230 kV.En el supuesto de un escenario tipo 2 (España- Sudamérica).



El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 1.68m3El peso del acero es el siguiente: P = 84kg




L) TRANSFORMA DOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.

Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una subestación de 230 kV.En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).







M) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 1

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán la mismacimentación, de una subestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).







N) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán la mismacimentación, de una subestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).







O) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán la mismacimentación, de una subestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 220x220x40 cm, válida para estosdos últimos escenarios.





P) INTERRUP TOR. Escenarios 1,2 y 3.

Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 230 kV. En este caso se diseñasólo una cimentación puesto que este elemento suele suministrarse siempre por el fabricantecon una misma estructura. La cimentación ha sido diseñada para superar las solicitacionesmás desfavorables.


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 205x205x40 cm,El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 1.681m3El peso de acero es el siguiente: P = 84kg




4.3.2. Subestación convencional intemperie 132 k V.

A) AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.








B) AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.








C) AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.



La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 120x120x30 cm, En este caso lacimentación de los tres escenarios coincide en su volumen.





D) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 1.

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 132 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 1 (España).







E) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 132 kV. En el supuesto de unescenario tipo 2 (España-Sudamérica).







F) SECCIONADOR GIRATORIO. Escenario 3.

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 132 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).







G) SECCIONADOR PAN TÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.

Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestación de 132 kV. En estesupuesto se ha considerado diseñar una sola cimentación para los tres escenarios, que cumplalos requisitos del escenario más crítico, el número 3.


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 215x215x35 cm.El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 1.618m3El peso de acero es el siguiente: P = 81kg




H) TRANSFORM ADOR DE INTENSIDA D. Escenario 1.








I) TRANSFORM ADOR DE INTENSIDA D. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una subestación de 132 kV. En elsupuesto de un escenario tipo 2 (España- Sudamérica).







J) TRANSFORM ADOR DE INTENSIDA D. Escenario 3.



La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 145x145x30 cm, en este casotambién coincide con la del escenario 2.





K) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán la mismacimentación, de una subestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).



El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 0.77m3

El peso de acero es el siguiente: P = 38.5kg




L) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán la mismacimentación, de una subestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 160x160x30 cm. Estos dos primerosescenarios comparten cimentación.





M) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán la mismacimentación, de una subestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3. (Sudamérica).



El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 1m3El peso de acero es el siguiente: P = 50kg




N) INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3.

Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 132 kV. En este caso se diseñasólo una cimentación puesto que este elemento suele suministrarse siempre por el fabricantecon una misma estructura. La cimentación ha sido diseñada para superar las solicitaciones másdesfavorables.







4.3.3. Subestación convencional intemperie 66 kV

A) AUTOVÁLVULAS. Escenario 1.



La cimentación resultante consta de dos zapatas cuadradas aisladas de 115x115x30 cm.

El volumen de hormigón de las zapatas es de: V = 0.8m3

El peso de acero es el siguiente: P = 40kg




B) AUTOVÁLVULAS. Escenario 2.



La cimentación resultante consta de dos zapatas cuadradas aisladas de 115x115x30 cm.Cimentación válida para estos dos primeros escenarios.

El volumen de hormigón de las zapatas es de: V= 0.8m3El peso de acero es el siguiente: P = 40kg




C) AUTOVÁLVULAS. Escenario 3.



La cimentación resultante consta de dos zapatas cuadradas aisladas de 95x95x65 cm.





D) SECCIONADOR GI RATORIO. Escenario 1.

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 66 kV. En el supuestode un escenario tipo 1 (España).







E) SECCIONADOR GI RATORIO. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 66 kV. En el supuestode un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).



El volumen de hormigón de las zapatas es de: V = 2.1m3

El peso de acero es el siguiente: P = 105kg




F) SECCIONADOR GIR ATORIO. Escenario 3.

Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de 66 kV. En el supuestode un escenario tipo 3 (Sudamérica).







G) TRANSFOR MADOR DE INTENSID AD. Escenario 1.








H) TRANSFORMA DOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una subestación de 66 kV.En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 175x175x30 cm. En este caso la

cimentación también es válida para los dos primeros escenarios.





I) TRANSFORM ADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.








J) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán lamisma cimentación, de una subestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1(España).







K) TRANSFORM ADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán lamisma cimentación, de una subestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2(España-Sudamérica).







L) TRANSFORMA DOR DE TENSIÓN. Escenario 3.

Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e inductivo llevarán lamisma cimentación, de una subestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3(Sudamérica).


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 150x150x30 cm. Para este aparato

la cimentación no varía en los tres escenarios.





M) IN TERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.

Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 66 kV. Esta cimentación ha sidodiseñada para todos los escenarios, como en el resto de interruptores.


La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 190x190x40 cm. Para este aparatola cimentación no varía en los tres escenarios.

El volumen de hormigón de la zapata es de: V = 1.44 m3El peso de acero es el siguiente: P = 72kg

Como se ha podido observar, las cimentaciones diseñadas para cada elemento, en losdiferentes escenarios, son de diferentes tamaños. En algunos de los casos una zapata puedeser válida para varios o incluso todos los escenarios, pero no ha sido lo habitual.

Esto demuestra que los escenarios fueron bien elegidos, con suficientes diferencias entre unos yotros como para que sea justificable un nuevo diseño.

Sin la elección de los escenarios, la solución habría podido ser la utilización de la zapata másgrande de los tres escenarios para todos los proyectos. Esto habría desembocado en un diseñomenos optimizado, aunque también habría sido válido.

Para la utilización de estas zapatas fuera de las condiciones que anteriormente se han descrito enlos escenarios, se deberán realizar previamente las comprobaciones necesarias.

4.4. Estandarización de Bancada para transformador

Cuando se trata de un elemento como el transformador de potencia de una subestación, elconcepto de cimentación cambia sensiblemente. Lo normal no es utilizar una zapata, sino que seutilizan losas o bancadas de hormigón.




El transformador de potencia de una subestación es un elemento extremadamente pesado yvoluminoso en comparación con el resto de la aparamenta utilizada en estos centros.

El tamaño del transformador de potencia de una subestación depende fundamentalmente de lapotencia de éste. Por tanto las subestaciones tipo divididas por niveles de tensión no van a serválidas para este elemento.

Las cargas que este elemento sufre tampoco son las mismas que el resto de la aparamenta. En

este caso el aparato está descansando sobre la bancada, por tanto no precisa de una estructuraque lo sujete. Los esfuerzos laterales son pequeños en comparación con el peso de éste.

En cambio, este elemento tiene otras peculiaridades. Es un aparato refrigerado por aceite, que seeleva a grandes temperaturas. Esto le hace un elemento peligroso en cuanto a accidentes serefiere. El transformador puede explotar y provocar un incendio en la subestación con su propioaceite.

Por tanto, en este diseño no importan tanto las solicitaciones físicas de la estructura como loselementos de seguridad en el caso de accidente.

4.4.1. Diseño de bancada para transformador de potencia

Una bancada para transformador de potencia de una subestación, está formada básicamentepor una losa de hormigón que sirve de base para apoyar el transformador. Encima de esta losa,se levanta generalmente un muro llamado muro cortafuegos. Este muro es una protección deaislamiento con respecto a otros aparatos, en caso de explosión y por tanto del esparcimientodel aceite por las proximidades.

Para evitar que el aceite provoque un incendio en el centro eléctrico, la bancada está dotada ensu superficie de una estructura metálica llamada tramex. El tramex es una rejilla de metal sobrela que se deposita grava gruesa, haciendo las veces de “colador” de aceite en caso de accidente(véase el esquema de la Bancada en el aparatado de Planos). En el caso de explosión deltransformador, gran cantidad de aceite ardiendo es esparcido por las proximidades deltransformador, este aceite escurre a través de la grava y el tramex, apagándose yrecogiéndose por unas canalizaciones hasta el depósito de aceite.

El depósito de aceite de una bancada es el encargado de almacenar el aceite de untransformador en caso de accidente. El depósito suele estar enterrado cerca de la bancada yconsta de unas losas de hormigón armado que forman un cubo de las dimensiones necesariaspara almacenar el volumen de aceite. Las canalizaciones que transportan el aceite ardiendosuelen ser construidas en hormigón.

Para la estandarización de este tipo de cimentación, nos hemos encontrado con variosproblemas. El transformador de potencia es un elemento que se ha de solicitar al fabricante bajopedido, por tanto medidas y pesos son datos extremadamente variables. El diseño de labancada depende mayoritariamente de las características técnicas del transformador, nodependiendo apenas del escenario donde se instala o del nivel de tensión de la subestación.

Por tanto, se ha pensado que la mejor solución es hacer un diseño abierto y adaptable acualquier tipo de transformador que se necesite. Este tipo de diseño dificulta la estimación enuna pequeña medida, pero aumenta el campo de aplicación. En resumen, en este apartado noslimitamos a dar unas pautas de diseño para la posterior estimación de los costes, es un diseñoque debe de ser adaptado a cada caso antes de cualquier estimación.

4.4.2. Pautas para la estimación de una bancada

Para el diseño de la bancada de transformador se ha utilizado una bancada tipo, que seráadaptada en dimensiones a cada uno de los casos que sean necesarios en el futuro. Para laexplicación de este método, se va a utilizar un croquis simplificado de la bancada (véase Figura44) que servirá para describir las variables que existen en el diseño y cómo se utilizan. La




bancada tipo viene detallada y acotada en el plano de Bancada de Transformador en la secciónPlanos.

Figura 44. Croquis de la Bancada.

Para comenzar con la estimación, lo primero que se debe de saber son las dimensiones y lascaracterísticas técnicas del transformador. Es necesario tener un plano detallado deltransformador de potencia para empezar a diseñar la bancada.

Como se puede ver en el croquis, la base de la bancada ha sido dividida en dos zonas: Zona A yZona B. La Zona A corresponde al área de la base del transformador. Es en esta zona donde labancada estará asentada. Se instalarán unos raíles adecuados para el transporte deltransformador, en el caso de tratarse de un transformador con ruedas. En esta zona también seinstalará el tramex o rejilla metálica encima de la cual irá una capa de grava gruesa. Entre eltramex y la base de hormigón de la bancada quedará un espacio suficiente para el escurrido del

aceite. Ambas zonas tienen una ligera pendiente (en torno al 2%) hacia su propia frontera con elfin de canalizar el aceite hasta su salida por el tubo de hormigón (véase el plano detallado de labancada en la sección Planos).

La Zona B es una distancia de separación entre el muro y el transformador. Estadistancia es una distancia de seguridad para evitar el esparcimiento de aceite. Su superficie estáformada por una solera de hormigón con cierta pendiente hacia la Zona A con el fin de recogerel aceite.

El muro cortafuegos se levanta sobre la Zona B a cierta distancia del transformador. Estemuro es un muro protector en el caso de incendio. Suele tratarse de una pared de hormigónarmado, no demasiado grueso.

La canalización del aceite se trazará por la frontera entre las dos zonas, hacia uno de los dos

laterales

Para el cálculo de las variables que determinan el tamaño final de la bancada, se utilizarán lasmedidas de la planta del transformador, su altura y el volumen de aceite que alberga en suinterior.

Las dos primeras variables que vamos a calcular son las que determinan el área base de la Zona A. Estas medidas se deben ser iguales a las medidas de la planta del transformador:

- Largo de la bancada (‘A’) = Largo de la planta del transformador




- Ancho de la bancada (‘B’) = Ancho de la planta del transformador

Esta zona abarca estrictamente la planta del transformador. No es necesario el diseño demárgenes a los laterales de la bancada.

Si el transformador que se va a utilizar incorpora ruedas para su transporte, deberándiseñarse unos raíles a las distancias correctas según el plano del transformador. Este dato notiene mucho peso en cuanto a la estimación que nos ocupa.

Para el cálculo de la variable ‘C’ que determina el área de la Zona B, se considerará como válidoestimar la longitud de esta zona como el 30% de la longitud de la Zona A.

- Longitud de la Zona B (‘C’) = 0.3 Longitud de la Zona A (‘A’)

El muro de la bancada tendrá una altura mínima por encima del aparato de entre el 10% y el12% de la altura máxima del transformador. Con esto queda configurada la bancada sobre la quese asentará el transformador de potencia.

Para terminar, el depósito de aceite tendrá una profundidad de entre 80 y

100 centímetros. Este depósito será de base cuadrada, de lado (’L’), suficiente para cubrir elvolumen de aceite que incorpora el transformador de potencia de la subestación (véase plano

de Depósito de Aceite en la sección Planos)- Volumen de aceite = 0.8 L2

Con este método y con los planos en los que se detalla el diseño completo, se pretende que laestimación del volumen de material necesario para la construcción de una bancada, sea unatarea rápida y económica, que pueda ser desarrollada por el usuario de este documento sindemasiadas dificultades.

Para facilitar la labor, en el plano detallado de bancada y depósito de aceite deltransformador se ha desarrollado un ejemplo con un transformador real de la marca ABB, en elque se detallan los valores que tomarían las variables de diseño. Se aporta el plano detallado deltransformador.

5. Conclusiones

Este proyecto ha nacido por la necesidad de agilizar y economizar la estimación de lascimentaciones para la realización de ofertas de Subestaciones Llave en Mano. Este proceso es unproceso costoso que se realiza habitualmente en las empresas que ofertan este tipo deproyectos.

Para la realización del proyecto se planificó dividirlo en cinco partes, cada una de ellas dedicada aestandarizar los procesos de diseño de subestaciones de 230, 132 y 66 kV que afectan al diseñode sus cimentaciones.

La primera parte se ha dedicado ha estudiar las características de una subestación de estosniveles de tensión. En este apartado se ha decidido crear tres subestaciones tipo que

representen las características más habituales de estos centros. En ellas se han definidoaparamenta, embarrados, configuración eléctrica y disposición física más comunes en losproyectos realizados por Socoin.

En una segunda parte se ha hecho un estudio sobre las cargas que suelen aparecer en lasestructuras soporte de una subestación. De las posibles cargas que aparecen en estasconstrucciones (viento, hielo, cortocircuito, peso y sismo) se decidió centrar la atención en lascargas habituales en los proyectos realizados con anterioridad. Un gran número de proyectos hansido realizados en España y Latinoamérica, en particular en el estado de México. Por tanto, se haresuelto crear tres escenarios que se espera definan suficientemente al mayor número deproyectos.




La tercera parte está dedicada a decidir la cimentación que se utilizará en los diseños. Lascimentaciones serán zapatas aisladas, cuadradas o rectangulares, como es habitual. Lacimentación para el transformador será una bancada tipo adaptable a diferentestransformadores.

Una vez configuradas las características que definen las subestaciones que abarcará esteproyecto, se realizó el cálculo de las cimentaciones válidas para los diferentes escenarios.Estos resultados justifican la creación de los escenarios en la mayoría de los casos. De los casosen los que la cimentación no varía para cada escenario, se concluye que se ha llegado a un grado

mayor de estandarización, no siempre posible sin sobredimensionar el resultado.

En el caso de la Bancada, si se apostase por un método similar al del resto de cimentaciones, elnivel de estandarización quedaría sensiblemente reducido. Por ello se ha decidido crear unmodelo abierto de Bancada, que pueda ser adaptado a un gran número de transformadores. Secreó un método sencillo para el diseño rápido de una Bancada a partir de los datos deltransformador. Además, se ha realizado un ejemplo con un transformador real de la marca ABB.

Por último se ha realizado un breve estudio económico que justifique la rentabilidad de esteproyecto.

Bibliografía

- R.A.T. Reglamento de Líneas Eléctricas de Alta Tensión.- R.C.E. Reglamento de Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de Transformación.- Cálculo de Estructuras de Cimentación, J Calavera. Ed. INTEMAC 1991.- Curso de Introducción al Diseño de Subestaciones, ed CIDESPA.- Normalización del diseño de Subestaciones Convencionales. UNIÓN FENOSA.




1. Cálculos

En este apartado se van a detallar los cálculos que han sido necesarios para el diseño final de lacimentación. Aquí se incluirán los cálculos de las cargas que sufren las cimentaciones y losdesarrollos necesarios para la elección de los embarrados de las subestaciones.

También se van a exponer los detalles de las comprobaciones realizadas por el ordenador dedichos diseños, a través del programa CYPE Ingenieros.

1.1. Cálculo de los em barrados

El cálculo de los embarrados ha sido basado en el documento de UNIÓN FENOSA “Normalizacióndel diseño de Subestaciones Convencionales”.

Los conductores que forman los embarrados de las tres subestaciones que se han diseñado,estarán formados por tubos de aluminio, material más ligero y barato que el cobre.

Figura 45. Gráfica para el cálculo del diámetro de los conductores.

Dependiendo de la intensidad nominal de la subestación y calculadas según el gráfico de laFigura 45, las dimensiones de los embarrados de las diferentes subestaciones se detallan en laTabla 10.

El diámetro interior ha sido estandarizado según los valores comerciales del fabricante INCASA

Nivel de Tensión 230 kV 132 kV 66 kV

Tabla 10. Relación de conductores

Intensidad nominal 4000 2000 1250

Diámetro exterior/ 150/ 100/ 80/

interior 134 94 77




1.2. Cálculo de las cargas.

En este apartado se van a calcular las fuerzas que afectan a la estructura soporte de laaparamenta de una subestación. Como ya se ha explicado, estas fuerzas dependen del tipo desubestación y del escenario.

1.2.3. Subestación de 230 kV.

La carga debida a cortocircuito en la subestación tipo de 230 kV es para todos los aparatos la

misma, calculada en la ecuación E-1. Para calcular la fuerza en cada aparato hay que utilizar laecuación E- 6. La distancia entre aparatos figura en el plano del Perfil de la Subestación de 230kV adjunto en la sección Planos.

E-5

Qcc = 9.8 ⋅16.32 ⋅ Icc 2/e = 9.8 ⋅16.32 ⋅ 322 /400 = 410 N/m Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)”

E- 6 Fcc = Qcc ⋅ d

d: distancia entre aparatosPara el cálculo de la fuerza debida a la presión del viento sobre el aparato, sólo hay que multiplicar lapresión por el área máxima proyectada del aparato. En la Tabla 11 viene detallada la fuerza del vientoy el peso para cada aparato. La fuerza del viento sobre la estructura y el peso de ésta son estimadospor el programa CYPE Ingenieros.

AparamentaPeso

(kg)

Área Máx.

(m2)

Fv (kg)

(120km/h)

Fv (kg)

(160 km/h)

Autoválvula 38 0.154 15.4

S. Pantógrafo 162 2.37 237 420

S. Giratorio 2160 1.67 167 295.6

T. Intensidad 650 1.757 175.7 311

T. Tensión 650 1.9 190 336.3

Interruptor 1500 1.1 110 194.7

Tabla 11. Esfuerzos en Subestación de 230 kV

Para el cálculo de la fuerza del viento sobre los embarrados, hay que multiplicar la presión del vientosobre conductores (60kg/m2 para 120 km/h, según RAT para conductores de más de 16mm dediámetro) por el área de exposición, como se detalla en la ecuación E-3.

E- 7Fv = 60 ⋅ Di ⋅ e = 9 ⋅ e kg




Di: diámetro del cable (metros)e: distancia entre aparatos (metros)

Para una velocidad de 160km/h la presión del viento es la que se describe en la ecuación E-4:

E- 8 Pv = 60 ⋅ 1602 = 106.5Kg / m 2

1202

1.2.4. Subestación de 132 kV.

La carga debida a cortocircuito en la subestación tipo de 132 kV es para todos los aparatos lamisma, calculada en la ecuación E- 9. Para calcular la fuerza en cada aparato hay que utilizar laecuación E- 10. La distancia entre aparatos figura en el plano del Perfil de la Subestación de 132kV adjunto en la sección Planos.

E- 9

Qcc = 9.8 ⋅16.32 ⋅ Icc 2 / e= 9.8⋅16.32 25.52 /300 = 347 N/m

Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)”

E- 10Fcc = Qcc ⋅ d

d: distancia entre aparatos

Para el cálculo de la fuerza debida a la presión del viento sobre el aparato, sólo hay quemultiplicar la presión por el área máxima proyectada del aparato. En la Tabla 3 viene detallada lafuerza del viento y el peso para cada aparato. La fuerza del viento sobre la estructura y el pesode ésta son estimadas por el programa CYPE Ingenieros.




AparamentaPeso

(kg)

Área Máx.

(m2)

Fv (kg)

(120km/h)

Fv (kg)

(160 km/h)

Autoválvula 45 0.273 27.3 48.3

S. Pantógrafo 126 1.5 150 265.5

S. Giratorio 1515 1.57 157 277.9

T. Intensidad 490 1.2 120 212.4

T. Tensión 335 1 100 177

Interruptor 1560 1.07 107 189.4


Para el cálculo de la fuerza del viento sobre los embarrados, hay que multiplicar la presión delviento sobre conductores (60kg/m2 para 120 km/h, según RAT para conductores de más de16mm de diámetro) por elárea de exposición, como se detalla en la ecuación E-7.

E- 11 Fv = 60 ⋅ Di ⋅ e = 6 ⋅ e kg





N m


E- 12 Pv = 60 ⋅ 1602 = 106.5Kg / m 2 1202

1.2.5. Subestación de 66 k V.

La carga debida a cortocircuito en la subestación tipo de 66 kV es para todos los aparatos la

misma, calculada en la ecuación E-9. Para calcular la fuerza en cada aparato hay que utilizar laecuación E-10. La distancia entre aparatos figura en el plano del Perfil de la Subestación de 66 kVadjunto en la sección Planos.

E-9

Qcc = 9.8 ⋅16.32 ⋅ Icc 2 /e = 9.8 ⋅16.32 ⋅ 25.52 /150= 693.3 /

Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)e: Separación entre fases (cm)”

E- 10Fcc = Qcc ⋅ d

d: distancia entre aparatosPara el cálculo de la fuerza debida a la presión del viento sobre el aparato, sólo hay quemultiplicar la presión por el área máxima proyectada del aparato. En la Tabla 4 viene detallada lafuerza del viento y el peso para cada aparato. La fuerza del viento sobre la estructura y el pesode ésta son estimadas por el programa CYPE Ingenieros




AparamentaPeso

(kg)

Área Máx.

(m2)

Fv (kg)

(120km/h)

Fv (kg)

(160 km/h)

Autoválvula 45 0.273 27.3 48.3

S. Giratorio 430 0.212 21.2 37.5

T. Intensidad 335 0.654 65.4 115.76

T. Tensión 245 0.68 68 120.36

Interruptor 450 0.822 82.2 145.5


Para el cálculo de la fuerza del viento sobre los embarrados, hay que multiplicar la presión delviento sobre conductores (60kg/m2 para 120 km/h, según RAT para conductores de más de16mm de diámetro) por el área de exposición, como se detalla en la ecuación E-11.

E- 11Fv = 60 ⋅ Di ⋅ e = 4.8 ⋅ e kg





2


E-12Pv = 60 ⋅ 160

= 106.5Kg / m 21202

La carga debida a las aceleraciones sísmicas del terreno, han sido simuladas a través del programaCYPE. La simulación ha sido la misma para las tres subestaciones y ha seguido la norma CFE93, con

los parámetros de configuración de la Figura 46.

Figura 46. Características del sismo.




1

1.3. Verificación de los resultados

En este apartado se van a exponer las comprobaciones hechas mediante ordenador a lascimentaciones diseñadas. El nombre de la cimentación correspondiente se incluirá al pie de lastablas.

Se incluye también una comprobación del método utilizado por el ordenador, mediante el diseñode la zapata sin herramientas informáticas.

De entre todos los métodos que existen para calcular las cimentaciones de los apoyos de unasubestación, vamos a utilizar el de Sulzberger, uno de los más habituales en este tipo de diseños.

a) Método de Sulzberger.

Para calcular las dimensiones necesarias en la cimentación de un apoyo, lo primero que debemosconocer es el momento de vuelco del apoyo, el cual viene determinado por la fórmula E-13.

E-13Mv = F ⋅ (H + 2/3 h )

Mv es el momento de vuelco de todas las fuerzas exteriores expresada en metros por tonelada

F es la fuerza flectora resultante que actúa sobre el apoyo en toneladas. Generalmente sesuele tomar el esfuerzo en punta del apoyo elegido.H es la altura sobre el terreno, hasta el punto de aplicación de F, en metros (3.2m en nuestro

caso)h es la altura de la cimentación en metros.

La cimentación diseñada mediante ordenador, tiene una sobrecarga en el extremo superior delapoyo de 5 kN (0.51 Toneladas). Las dimensiones de la cimentación propuesta por el programaCYPE es una cimentación de 200x200x40 cm.

El momento de vuelco debemos contrarrestarlo por una parte con el momento estabilizador delterreno M1 y por otra con el momento estabilizador del bloque de hormigón y el peso propio delapoyo M2.

E-14M = 0.139 ⋅ K ⋅ a ⋅ h 4

E-15M 2 = 0.4 ⋅ a ⋅ (Pcim + Papoyo )

M2 el momento de las cargas verticales en metros por tonelada a es el lado de la cimentaciónen metros.

K = 10 para terrenos normales

Papoyo= 135 kg Pcim= 3500 kg

Resolviendo, en el ejemplo que estamos diseñando:

Mv = 0.51⋅ (3.2 + 2/3 x 0.4) = 1.768 m.Tn




1

M = 0.139 ⋅10 ⋅ 2 ⋅ 0.4 4 = 0.0711 m.Tn

M 2 = 0.4 ⋅ a ⋅ (3.5 + 0.135) = 2.9 m.Tn

Ahora hay que comprobar que el momento de vuelco es más pequeño que los momentosestabilizadores:

Mv ≤ M 1 + M 2

1.768 ≤ 2.9 + 0.0711




Coeficiente de seguridad n=2.9711/1.768=1.7

Según el Reglamento RLAT, el coeficiente de seguridad, en hipótesis normales, no deberá serinferior a 1,5.




La comprobación de esta zapata por ordenador está registrada en las Figuras 3 y 4.

Figura 3. Comprobación del método.




Figura 4. Comprobación del método




b) Subestación de 230 kV

Comprobación de zapata 1.Seccionador Pantógrafo, escenario 1




Comprobación de zapata 2. Seccionador Pantógrafo, escenario 1.




Comprobación de zapata 3. Seccionador Pantógrafo, escenario 2




Comprobación de zapata 7. Autoválvula, escenario 1




120





121





122





123





124





125

Comprobación de zapata 13. Seccionador Giratorio, escenario 1




126





127





128





129





130





131

Comprobación de zapata 19. Transformador de Intensidad, escenario 1




132





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136





137

Comprobación de zapata 25. Transformador de Tensión , escenario 1




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140

Comprobación de zapata 28. Transformador de Tensión, escenario 2




141

Comprobación de zapata 29. Transformador de Tensión, escenario 3.




142

Comprobación de zapata 30. Transformador de Tensión, escenario 3.




143

Comprobación de zapata 31 . Interruptor, todos los escenarios.




144

Comprobación de zapata 32 . Interruptor, todos los escenarios.




145

c) Subestación de 132 kV.





146





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151

Comprobación de zapata 39. Interruptor, todos los escenarios.




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171

Comprobación de zapata 59. Seccionador Pantógrafo, todos los escenarios.




172

Comprobación de zapata 60. Seccionador Pantógrafo, todos los escenarios.




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d) Subestación de 66 kV.




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Cimentacion de Subestacion

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