INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD UEN PROYECTOS Y SERVICIOS ASOCIADOS CENTRO DE SERVICIO DISEÑO

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1 INSTITUTO COSTARRICENSE DE ELECTRICIDAD UEN PROYECTOS Y SERVICIOS ASOCIADOS CENTRO DE SERVICIO DISEÑO INGENIERÍA DE POTENCIA SUBESTACIONES Y LÍNEAS DE TRANSMISIÓN INFORME: DISEÑO ELECTROMECÁNICO DE DERIVACIÓN LINEA TRANSMISIÓN SIEPAC HACIA FUTURA ST JACO INCLUYE MODIFICACIONES A ENERO DEL 2013 Preparado por: Ing. Gustavo Salazar Castro 07 enero del 2013

2 CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO REALIZADO Los siguientes son los criterios básicos que han sido considerados para realizar el diseño de esta Derivación: Se utilizaron las mismos tipos de torres de SIEPAC de acuerdo a la última información entregada por la EPR en el año 2009 y que pueden observarse sus características en el ANEXO A. Se consideraron inicialmente las mismas características de precio utilizadas para el prediseño de SIEPAC, que corresponden con los criterios que se utilizaron para el análisis en PLS-CADD con el diseño óptimo en la ubicación de estructuras para el tramo Barranca- Parrita realizado en el El conductor de fase es del tipo ACAR MCM 18/19. La base de datos utilizada en el programa PLS-CADD para este conductor se muestra en la Tabla No.1 Tabla No. 1. Base de datos utilizada para identificar el conductor de fase.

3 Para las tensiones permisibles del conductor de fase, se usaron los mismos criterios utilizados en la L.T. SIEPAC, exceptuando que la temperatura mínima se cambió de los 0 C, a una más realista, aunque todavía conservadora para la zona, de 15 C. El viento máximo sostenido se mantuvo en los 100 Km/h establecidos para el Proyecto SIEPAC, todo de acuerdo con el documento: Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC de fecha mayo del 2004, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff. Velocidad del viento. Presión. Temperatura Caso de carga (m/s) (Pa) (deg C) 1 Carga vto max 100/ Swing1 vto max 100/ Swing2 vto max 71/ Swing3 vto mod 41/ Temp min 0/ temp max 0/ EDS Tabla No2. Temperatura y viento para las condiciones de carga consideradas en el prediseño realizado. Catenaria Condición Máxima Caso de carga del Cable (m) 7 EDS Initial RS EDS Creep RS Carga vto max 100/0 Initial RS Carga vto max 100/0 Creep RS Temp min 0/15 Initial RS Temp min 0/15 Creep RS 1484 Tabla No3. Características de tensión para las condiciones de carga consideradas en el prediseño realizado para los conductores de fase. La tensión máxima horizontal para conductor de fase de 3120 Kg, para viento máximo a 100 km/h, nunca se alcanzaría porque la limitante de la tensión EDS para el diseño de SIEPAC tiene siempre un mayor peso. Este valor fue impuesto en el documento: Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC de fecha mayo del 2004, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff. Las estructuras de SIEPAC cuentan con dos hilos de guarda, así que ante falta de definición al respecto, se ha supuesto para el alcance de este Diseño, el uso de dos OPGW en la Derivación hacia la ST Jacó, de forma que en la torre T370, del tramo Cañas-Parrita del SIEPAC, se coloquen dos cajas de empalme, de esta forma el OPGW colocado para SIEPAC, será desviado hacia la ST Jacó estableciéndose una entrada y una salida en la subestación. El modelo en PLS- CADD del OPGW que ha sido utilizado aquí en el diseño de la desviación, ha sido facilitado por la EPR, que corresponde al mismo tipo y modelo de OPGW

4 utilizado en el tramo Cañas-Parrita. La condición de su uso es la indicada en el documento: Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff, donde se indica que la tensión deberá corresponder al 90% de la catenaria del conductor de fase en condición EDS final a 25 C. En la tabla No. 4 pueden verse las características de este OPGW. Tabla No. 4. Base de datos utilizada para identificar el OPGW utilizado para el diseño. Se consideró en el diseño, el uso de los mismos tipos de conjuntos de aisladores utilizados para SIEPAC, con las mismas longitudes, distancias eléctricas y peso. Se decide en base a esa información y dada la cercanía a la costa, usar aisladores tipo polimérico. El modelo del diseño se realizó utilizando este tipo de aislador, que fue el mismo usado en SIEPAC. La longitud de la cadena con aislador polimérico en suspensión es de m, se ha usado en el modelo de torres 2.95 m y un peso de 23 kg con área aproximada por un factor de 0.5 de 1400 mm². La longitud de la cadena con

5 aislador polimérico en tensión es de m, se ha usado 3.40 m y un peso de 25 kg con área aproximada por un factor de forma de 0.5 de 1400 mm². La tensión mecánica máxima en condiciones de operación más críticas que serán sometidos los aisladores en tensión, correspondiendo a un viento de 100 km/h, será de un máximo de aproximadamente 30 kn, entonces como los aisladores poliméricos adquiridos para SIEPAC tienen una capacidad de 120 kn, 4 veces mayor, los equivalentes que se adquirirán para la Derivación hacia la ST Jacó, funcionarán perfectamente. Figura No.1. Tipo de aislador polimérico utilizado en la LT SIEPAC. Cada estructura deberá contar al menos con un doble sistema de aterrizamiento colocado en dos patas diagonales. Cada uno de estos aterrizamientos deberá garantizar la debida continuidad eléctrica con el resto de la estructura, mediante el empleo de un conector certificado y aprobado para este uso, que conectará a 50 cm bajo el nivel del suelo natural, la pata de la torre mediante un cable de cobre calibre 1/0 AWG, que se conectará en su otro extremo con una varilla enterrada verticalmente, de al menos 3 metros de longitud, certificada y aprobada para su uso en sistemas de puesta a tierra, la cual se colocará fuera del área de la cimentación de la pata. El sistema de puesta a tierra de la torre debe medirse y su valor deberá ser menor a los 10 ohm, en caso contrario deberán realizarse las mejoras necesarias y aprobadas por Diseño del ICE, para lograr al menos el valor de los 10 ohm. Todos los materiales usados en los sistemas de puesta a tierra, deberán ser certificados y aprobados para su uso, de modo que no se den problemas de ningún tipo de corrosión entre ellos, la estructura y el medio, durante al menos 25 años de vida útil del sistema de puesta a tierra. La tensión mecánica resultante en condiciones de viento de baja velocidad y temperaturas bajas, para cálculos de amortiguamiento para el conductor de

6 fase, es de un aproximado a los 2100 Kg, lo cual luego de un análisis realizado, muestra que para vamos menores a los aproximadamente 720 metros, el diseño con amortiguadores será seguro, considerando que el máximo vano resultante después del diseño de la Derivación a la ST Jacó, quedó en 694 m y esto sería entre las torres T11 y T12. En el gráfico No.1 se pueden observar las condiciones de diseño seguro del amortiguamiento de acuerdo a los últimos criterios que ha indicado Cigré al respecto. Gráfico No.1. Tensiones de diseño para uso seguro de amortiguadores de vibración para SIEPAC. Con respecto a las pérdidas corona, efectos de ruido audible, interferencias en comunicaciones, y campos electromagnéticos, el documento: Definición de los aspectos Básicos del Diseño de la línea de transmisión SIEPAC, elaborado para la EPR por el consultor Ing. Amado Beloff, indica que con el aumento del diámetro del conductor, estos efectos son reducidos, lo que fue realizado al seleccionar para SIEPAC un conductor de 29.6 mm de diámetro. Para los 836 amperios por fase, indicados en ese Informe, correspondiendo a la condición de carga mayor de la LT SIEPAC, se muestran en los Gráficos No.2 y No.3, el comportamiento de los campos eléctricos y magnético en condición de la máxima transferencia de energía eléctrica en ambos circuitos, con el conductor a 8 metros de altura sobre el suelo, donde se observa que los valores limites indicados por el Ministerio de Salud, establecidos en el Decreto No29296, Reglamento para regular campos eléctricos y magnéticos en obras de transmisión de energía eléctrica, del 25 de enero del 2001, los valores máximos permisibles nunca son superados por fuera de la servidumbre de 30 metros de ancho que fue requerida.

7 Gráfico No2. Comportamiento del campo magnético en condición de máxima transferencia de potencia eléctrica en los dos circuitos de la derivación Jacó, en una condición extrema de los conductores inferiores a 8 m sobre el suelo. Como puede observarse fuera de la servidumbre de 30 m, no se excede nunca el máximo permisible de 15 micro teslas. Gráfico No3. Comportamiento del campo eléctrico en condición de máxima transferencia de potencia eléctrica en los dos circuitos de la derivación Jacó, en una condición extrema de los conductores inferiores a 8 m sobre el suelo. Como puede observarse fuera de la servidumbre de 30 m, no se excede nunca el máximo permisible de 2000v/m.

8 El claro mínimo sobre el suelo será de al menos 8 m de acuerdo a lo contenido en el Manual de Diseño de Líneas de Transmisión vigente en el ICE, para una temperatura máxima de operación del conductor de 80 C, lo que también está de acuerdo a los criterios utilizados para SIEPAC. En sectores como los cruces del río Turrubaritos o del río Tulín, se decidió colocar torres más altas de las requeridas, comparado a si solo fuera necesario respetar el claro mínimo al suelo de 8 metros, ya que el bosque próximo al río, es denso, y se buscó con esta medida, el disminuir el corte y poda de árboles en la servidumbre de estos sectores. La secuencia de las fases deberá ajustarse a la información que se ha recibido por parte de la EPR, donde para este sector específico de la LT SIEPAC entre las subestaciones de Cañas y Parrita, línea donde existen torres de transposición, y porque esta condición deberá ser la misma para toda la Derivación hacia la futura ST Jacó, el conductor inferior corresponderá a la fase S, el conductor intermedio será la fase R y la superior será la fase T y por lo tanto así deberá ser en ambos sentidos, hacia y desde la futura ST Jacó y así fueron calculados los campos electromagnéticos.

9 Distribución final de los puntos de inflexión. Luego de últimos ajustes realizados quedaron definidos los siguientes puntos de inflexión para toda la ruta. No. No. ELEVACIÓN ANGULO ESTACIONAMIENTO PI Estructura ESTE NORTE (m) ( ) (m) 1 INICIO T T T T T T T T T T T T T FINAL Nota: El sistema de referencia utilizado para esta tabla corresponde al CRTM 98

10 Listado de estructuras definidas No. Estructura ESTE NORTE TIPO ESTRUCTURA T tdd basica.017 T td1 basica.032 T tdd máxima T td2 basica.032 T txd basica.011 T txd basica.011 T td3 basica.017 T tmd basica.017 T td1 basica.032 T tmd basica.017 T tmd basica.017 T td2 basica.026 T td2 basica.032 T tmd basica.017 T td1 basica.032 T td2 basica.032 T td1 basica.032 T tdd basica.017 T20* td2 basica.032 T td1 basica.032 T td2 basica.029 T tmd basica.029 T td3 basica.017 T td3 basica.017 T td1 basica.020 T td2 basica.029 T tmd basica.017 T td1 basica.029 T td3 basica.017 T tdd basica.017 T td2 basica.029 T tdd basica.017 T td2 basica.023 T36* tmd basica.029 T37* td1 12 m T38* td1 basica.026 T tdd basica.020 Nota: El sistema de referencia utilizado para esta tabla corresponde al CRTM 98. *(modificadas en este Informe, su posición o tipo o altura)

11 Condiciones del conductor para establecer los vanos de peso y viento de las estructuras Característica CONDICION 1 EDS CONDICION 2 Temperatura max CONDICION 3 Viento Max 100 km/h CONDICION 4 Temp min 15 C ESTADO Creep RS Creep RS Load RS Initial RS Nota: Para el análisis detallado de las cargas en torres, se puede solicitar el archivo en PLS-CADD con el modelo del diseño final de este Proyecto.

12 Vanos de peso y viento en diferentes condiciones No. VANO VIENTO VANO PESO (m) Estructura (m) CONDICION 1 CONDICION 2 CONDICION 3 CONDICION 4 T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T

13 Lista de materiales requeridos Requerimiento de estructuras ALTURA A LA MÉNSULA MAS BAJA TIPO MAS BAJO (m) CANTIDAD td td td td td td td td td tdd 17 4 tdd 20 1 tmd 17 5 tmd 29 2 txd td tdd Nota: Las extensiones de patas de cada una de las torres, deberán ser definidas luego de un levantamiento topográfico detallado del sitio de cada estructura, por lo que no se incluyen en este Informe de Diseño Electromecánico.

14 Requerimiento de herrajes, conductores y OPGW (1) total Requerimiento de herrajes. total1 factor requerido Conjuntos de suspensión para fase lateral para conductor 1X MCM ACAR 18/19 sin contrapesos % 114 c.u. Conjuntos de suspensión para fase lateral para conductor 1X MCM ACAR 18/19 c/ herraje de contrapesos 30 25% 36 c.u. Conjuntos de retensión para conductor 1X MCM ACAR 18/ % 211 c.u. Conjuntos de puesta a tierra sencillos (2) 76 50% 114 c.u. No. de aisladores poliméricos requeridos % 373 c.u. conjunto de suspensión para cable OPGW(3) 22 15% 25 c.u. conjunto de retención doble pasante para cable OPGW(3) 32 20% 38 c.u. conjunto de retención doble de apertura hacia caja de empalme para cable OPGW(3) 4 25% 5 c.u. cajas de empalme para OPGW(3) 6 25% 8 c.u. amortiguadores para conductor 1X MCM ACAR 18/19(4) 756 5% 794 c.u. amortiguadores para OPGW(3)(4) 252 5% 265 c.u. empalme tensión completa para conductor 1X MCM ACAR 18/19(5) 18 40% 25 c.u. manga reparación para conductor 1X MCM ACAR 18/ % 12 c.u. contrapesos de 25 kg 12 20% 14 c.u. contrapesos de 50 kg % 112 c.u. esferas de señalización para cable OPGW (6) 0 10% 0 c.u. grapas paralelas para jumpers para conductor 1X MCM ACAR 18/ % 77 c.u. maquina de compresión para empalmes con dados para 1X MCM ACAR 18/ c.u. total Requerimiento de conductores y OPGW. requerido Conductor 1X MCM ACAR 18/19 Cable OPGW (3) % m % m Cable cobre 1/0 AWG para PT(7) % 570 m Observaciones a la tabla (1) El factor establece un valor de experiencia por posibles ajustes y cubre también los materiales que deberán quedar para el personal de Mantenimiento de la línea (2) Se estiman dos conjuntos de puesta a tierra mínimo por torre, pero eso dependerá de que durante la construcción se alcance el valor requerido por eso el 50% (3)preliminar, se estiman 6 cajas, hay que definir primero el tipo de OPGW a utilizar y calcular longitudes de carretes dependiendo de ubicación de cajas de empalme (4) el cálculo de amortiguadores es estimado, eso depende del resultado del estudio del fabricante que el ICE deberá revisar y aprobar (5) Estimado, hay que afinar la cantidad de empalmes dependiendo de la estrategia de Construcción (6) hay que revisar con Mto Región Chorotega y encargados del estudio impacto ambiental donde utilizar esferas de señalización, lo mismo que dispersores de aves, por ejemplo en el paso del río Tulín. (7)Se agrega un 50% más de cable de cobre por posibles ajustes, ya que no se conoce la resistividad del terreno de la zona.

15 ANEXO A

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18 ANEXO B Cargas mecánicas en las estructuras del Desvío hacia futura ST Jacó ( para elaborar estas tablas, se han utilizado las mismas condiciones del conductor, referidas atrás para establecer los vanos de peso y viento de las estructuras) Las cargas pueden variar levemente respecto al Informe de mayo del 2012, porque el programa PLS-CADD, en su ultima versión ajusta en los resultados los efectos de los contrapesos y ha ajustado la ecuación de presión del viento.

19 PLANOS DE PLANTA Y PERFIL