CONTRATO CONSTRUCCIÓN DEL SEGUNDO CIRCUITO A 115 kv ENTRE LAS SUBESTACIONES SURIA - PUERTO LÓPEZ PUERTO GAITÁN

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1 CONTRATO CONSTRUCCIÓN DEL SEGUNDO CIRCUITO A 115 kv ENTRE LAS SUBESTACIONES SURIA - PUERTO LÓPEZ PUERTO GAITÁN CIRCUITO SURIA PUERTO LÓPEZ 115 kv VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES DOCUMENTO IEB D017(0) REVISIÓN 0 Medellín, Julio de 2013

2 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página ii de iii CONTROL DE DISTRIBUCIÓN Copias de este documento han sido entregadas a: Nombre Dependencia Empresa Copias Gustavo Sánchez Distribución EMSA S.A E.S.P. 1 Gestor Documental IEB S.A. 1 Las observaciones que resulten de su revisión y aplicación deben ser informadas a IEB S.A. CONTROL DE REVISIONES Revisión No. Aspecto revisado Fecha 0 Emisión Inicial 08/07/2013 CONTROL DE RESPONSABLES NÚMERO DE REVISIÓN Nombre DMM Elaboración Firma Fecha 04/07/2013 Nombre CML Revisión Firma Fecha 05/07/2013 Nombre JPC Aprobación Firma Fecha 05/07/2013 Participaron en la elaboración de este informe: DMM CML JPC Daissy Muñoz Marín Carlos Mario López Jaime Posada Caicedo

3 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página iii de iii TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN OBJETO METODOLOGÍA Y ASPECTOS GENERALES RESISTENCIA MECÁNICA CRITERIOS UTILIZADOS FACTOR DE SEGURIDAD DATOS DE ENTRADA CÁLCULO DEL FACTOR DE SEGURIDAD RESULTADOS ESTRUCTURAS DE SUSPENSIÓN ESTRUCTURA DE RETENCIÓN RECOMENDACIONES REFERENCIAS... 6 TABLAS Tabla 1 Coeficientes de resistencia... 3 Tabla 2 Tipo de herrajes y aisladores... 5 LISTA DE ANEXOS Anexo 1: Cargas para cálculo de resistencia electromecánica de herrajes y aisladores

4 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página 1/6 1. INTRODUCCIÓN El presente documento contiene la verificación mecánica de las cadenas de aisladores pertenecientes al diseño del segundo circuito a 115 kv entre las subestaciones, Suria, Puerto López y Puerto Gaitán, con una longitud aproximada de 180 Km, de manera complementaria se proyecta la ampliación de las subestaciones de salida y llegada de este segundo circuito. 2. OBJETO Este documento tiene por objeto presentar los aspectos relevantes de la metodología utilizada, explicar los criterios aplicados y obtener los resultados de la verificación mecánica de las cadenas de aisladores de la línea de transmisión a 115 kv, actualmente en diseño. 3. METODOLOGÍA Y ASPECTOS GENERALES La resistencia mecánica de las cadenas de aisladores que hacen parte de la línea de transmisión, deben tener características técnicas apropiadas para resistir las cargas y condiciones de uso del proyecto en particular, condiciones reglamentadas a nivel nacional por el Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas - RETIE [1]. La metodología general para realizar el análisis mecánico de las cadenas de aisladores es la siguiente: I. Determinar la resistencia mecánica de las cadenas de aisladores de retención, con base en la tensión longitudinal, la cual debe mayorarse por el respectivo factor de seguridad. II. III. IV. Cálculo de la resistencia mecánica de las cadenas de aisladores de suspensión, con base en la suma vectorial de las cargas verticales y transversales, la cual debe mayorarse por el respectivo factor de seguridad Cálculo de la carga de rotura de los herrajes. Se utiliza el principio de secuencia de falla, es decir, en cualquier condición el elemento de menor costo (en este caso los herrajes), debe tener una carga de rotura superior a la resistencia mecánica de las cadenas de aisladores. Análisis de resultados y recomendaciones. 4. RESISTENCIA MECÁNICA La resistencia mecánica es la capacidad que tienen los cuerpos para soportar las fuerzas aplicadas sobre el sin romperse; ésta combina los datos del material, la geometría y las fuerzas aplicadas para generar modelos matemáticos que permiten analizar dicha resistencia.

5 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página 2/6 Para el caso de los aisladores de la línea a 115 kv, aplican las condiciones establecidas en el numeral 27.2 Aisladores del Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas - RETIE [1] CRITERIOS UTILIZADOS Los criterios utilizados para evaluar la carga de rotura de los aisladores de las líneas de transmisión se clasifican en los siguientes grupos: a) Aisladores para estructuras de suspensión La carga de rotura mínima debe ser igual a la suma vectorial de las cargas transversales y verticales (máxima absoluta en la cadena) por el factor de seguridad. [1] b) Aisladores para estructuras de retención La carga de rotura mínima del aislador debe ser igual a la máxima carga longitudinal a la que este expuesto mayorada por el factor de seguridad [1] FACTOR DE SEGURIDAD Los factores de seguridad se determinan de acuerdo a los requerimientos exigidos en el numeral de la norma internacional IEC [2], la cual especifica lo siguiente: Dónde: F = Φ Φ Φ Φ Ecuación (1) ΦN = Factor de resistencia debido al número de elementos sometidos a la carga de máxima intensidad Φ S = Factor de resistencia debido a la coordinación de esfuerzos ΦQ = Factor de resistencia debido a la calidad ΦC = Factor de resistencia relativo a la carga característica 5. DATOS DE ENTRADA La información de las cargas mecánicas a las que estarán sometidas las estructuras utilizadas en la línea en diseño a 115 kv se tomó del documento IEB D012 Informe de árboles de carga y curvas de utilización a 115 kv [3], las cuales se presentan en el Anexo 1 del documento.

6 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página 3/6 6. CÁLCULO DEL FACTOR DE SEGURIDAD El cálculo del factor de seguridad a ser aplicado en las cargas mecánicas utilizadas para calcular la resistencia mecánica de los aisladores, se realizó mediante la siguiente evaluación técnica. Cada uno de los factores relacionados en la ecuación (1), se evaluaron de acuerdo lo expuesto en la norma IEC [2], de la siguiente manera: Tabla 1 Coeficientes de resistencia FACTOR VALOR Φ S 0.90 Φ Q 1.0 Φ C 1.0 Φ N Φ N: Se calcula de acuerdo a lo expuesto en el numeral de la norma IEC [2], que relaciona el número de elementos sometidos a la carga de máxima intensidad (N) con el coeficiente de variación de la resistencia mecánica (vr). De acuerdo a lo anterior, se evalúa en la tabla 11 de la norma el valor de Φ N, para N=(1 A 5) (Rango típico de apoyos sometidos a la máxima ráfaga de viento en un vano de 400 m, en terreno plano a ondulado) y V R = 0.30 (condición más crítica de variación de resistencia). - Φ S : Se calcula de acuerdo a lo expuesto en el numeral de la norma IEC [2]. - Φ Q : Se calcula de acuerdo a lo expuesto en la tabla 20 de la norma IEC [2]. - Φ C : Se calcula de acuerdo a lo expuesto en el numeral de la norma IEC [2]. De acuerdo a lo anterior, el factor de seguridad para estructuras de suspensión es igual F SA =1.39. Para estructuras que estén ubicadas en torres de amarre o terminales el factor de seguridad será aumentado en un 15% del valor para suspensiones, es decir, el factor de seguridad a usar es F SR = = RESULTADOS 7.1. ESTRUCTURAS DE SUSPENSIÓN a) Cadenas de aisladores = +

7 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página 4/6 Dónde: FSA: Factor de seguridad para aisladores FV: Fuerzas verticales (kn) FT: Fuerzas transversales (kn) El caso más crítico en las estructuras tipo suspensión, evaluadas para la condición normal, como lo indica el RETIE [1] está determinada bajo la siguiente combinación de cargas de servicio: Carga transversal (incluye viento y ángulo): kg Carga vertical: kg FSA = 1.39 (estructuras suspensión) R R kg Por consiguiente, un aislador con carga de rotura de 120 kn, tal como se había definido preliminarmente, ofrece un factor de seguridad suficiente, igual a FS=7.14 (FS=12000 kg / kg). b) Herrajes: Para los herrajes se toma una carga de rotura mínima de 160 kn, valor comercial igual o más próximo de la carga de rotura del aislador y que además en su fabricación estándar tiene acoples compatibles con los acoples de los aisladores seleccionados ESTRUCTURA DE RETENCIÓN a) Cadenas de aisladores La carga de rotura o resistencia mecánica está dada por la siguiente expresión: Dónde: FL: Carga máxima longitudinal = El caso más crítico en las estructuras de amarre, evaluadas para la condición normal, como lo indica el RETIE [1] está determinada bajo la siguiente combinación de cargas de servicio: Carga longitudinal: 2670 kg F SR : 1.60 (estructuras amarre)

8 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página 5/6 R kg R 4272 kg Por consiguiente, un aislador con carga de rotura mínima de 120 kn, definido preliminarmente, ofrece un factor de seguridad igual a FS=2.8 (FS = kg/4272 kg). b) Herrajes: Para los herrajes se toma una carga de rotura mínima de 160 kn, valor comercial más próximo o por encima de la carga de rotura del aislador y que además en su fabricación estándar tiene acoples compatibles con los acoples de los aisladores seleccionados. 8. RECOMENDACIONES El factor de seguridad calculado según la Norma IEC Criterios de diseño de líneas de transmisión aéreas para las cadenas de aisladores dio como resultado un factor de 1.39 para estructuras de suspensión, el Reglamento de Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE [1] establece en el numeral Herrajes de Líneas de Transmisión y Redes de Distribución que: Los herrajes sometidos a tensión mecánica por los conductores y cables de guarda o por los aisladores deben tener un coeficiente de seguridad mecánica no inferior a tres respecto a su carga de rotura. Por lo anterior es recomendable trabajar un factor de seguridad igual a tres para la resistencia mecánica de la cadena de aisladores. A continuación se presenta un resumen de los aisladores y herrajes requeridos: TIPO DE CADENA Tabla 2 Tipo de herrajes y aisladores TIPO DE AISLADOR RESISTENCIA MECANICA AISLADORES (kn) RESISTENCIA MECANICA HERRAJES (kn) Suspensión y estabilizadoras Vidrio Terminal Vidrio

9 VERIFICACIÓN MECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES Página 6/6 9. REFERENCIAS [1] Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE. Resoluciones Ministerio de Minas y Energía No (6 de agosto de 2008). [2] Design criteria of overhead Transmission lines IEC International Electrotechnical Commission. [3] Documento IEB D012. Informe de árboles de Carga y curvas de utilización a 115 kv. Medellín, 2013.

10 ANEXO 1 CARGAS PARA CÁLCULO DE RESISTENCIA ELECTROMECÁNICA DE HERRAJES Y AISLADORES

11 CARGAS EN LA ESTRUCTURA CARGAS POR FASES (kg) CARGAS C. DE GUARDA 1 (kg) CARGAS C. DE GUARDA 2 (kg) TORRE TIPO F.TR F.VE F.RE F.LO F.TR F.VE F.RE F.LO F.TR F.VE F.RE F.LO suspensión A Terminal D