ANEXO N 4 - Seleccion Preliminar de Conductores

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<p>ANEXO N 4SELECCIN PRELIMINAR DE CONDUCTORES</p> <p>SELECCIN PRELIMINAR DE CONDUCTORES PARA LAS LNEASCONTENIDO</p> <p>Pag.</p> <p>11.0CONDUCTOR PARA LA LT CAJAMARCA NORTE CACLIC EN 220 kV</p> <p>11.1.CARACTERSTICAS DE LOS CONDUCTORES EVALUADOS</p> <p>11.2.EVALUACIN DE LOS CONDUCTORES POR AMPACITANCIA</p> <p>41.3.RADIACIONES, INTERFERENCIA DE RADIO Y TELEVISIN Y PRDIDAS POR EFECTO CORONA</p> <p>51.4.PRDIDAS Y REGULACIN DE LA TENSIN EN LA LNEA</p> <p>61.5.EVALUACIN ECONMICA DE ALTERNATIVAS</p> <p>92.0CONDUCTOR PARA LA LT CACLIC MOYOBAMBA EN 138 kV</p> <p>92.1.CARACTERSTICAS DE LOS CONDUCTORES EVALUADOS</p> <p>102.2.EVALUACIN DE LOS CONDUCTORES POR AMPACITANCIA</p> <p>122.3.RADIACIONES, INTERFERENCIA DE RADIO Y TELEVISIN Y PRDIDAS POR EFECTO CORONA</p> <p>122.4.PRDIDAS Y REGULACIN DE LA TENSIN EN LA LNEA</p> <p>132.5.EVALUACIN ECONMICA DE ALTERNATIVAS</p> <p>163.0VERIFICACIN MECNICA DE LOS CONDUCTORES</p> <p>163.1.ESFUERZOS DE DISEO</p> <p>173.2.LT CAJAMARCA NORTE - CACLIC EN 220 KV</p> <p>173.2.1Hiptesis de Trabajo</p> <p>173.3.LT CACLIC MOYOBAMBA EN 138 KV</p> <p>173.3.1Hiptesis de Trabajo</p> <p>1.0CONDUCTOR PARA LA LT CAJAMARCA NORTE CACLIC EN 220 kV1.1.CARACTERSTICAS DE LOS CONDUCTORES EVALUADOSPor las caractersticas de la zona usualmente el conductor tipo ACSR ha sido el ms empleado en este tipo de lneas, a raz de su alta resistencia a la traccin mecnica, su muy buena relacin esfuerzo/peso, su buena ampacidad y factores relacionados con la disponibilidad de los mismos, sin embargo una alternativa efectiva para son los conductores tipo AAAC debido a su buena resistencia a la traccin, su buena relacin esfuerzo/peso y sus prdidas de energa razonables. </p> <p>En virtud a lo sealado y considerando las caractersticas topogrficas de la zona que atravesar la lnea se ha visto por conveniente evaluar el empleo de estos dos tipos de conductores: </p> <p> Conductores tipo ACSR</p> <p> Conductores tipo AAAC. </p> <p>Las caractersticas relevantes de las distintas secciones de conductores evaluados para esta lnea, segn su tipo, son los que se muestran en las Tablas 1.1 y 1.2.Tabla 1.1 Datos relevantes de conductores tipo ACSR*Conductores</p> <p>Evaluados</p> <p>Seccin</p> <p>total</p> <p>mm2FormacinDimetro total</p> <p>mm</p> <p>Resistencia</p> <p>DC a 20C</p> <p>Ohms/kmResistencia</p> <p>AC a 50C Ohms/kmResistencia</p> <p>AC a 75C Ohms/km</p> <p>AlAc.</p> <p>ACSR-PHEASANT726,3954x3,9019x2,3435,100,044290,050850,05545</p> <p>ACSR-CURLEW591,2654x3,517x3,5131,650,054130,062010,06594</p> <p>ACSR-DRAKE468,5126x4,447x3,4528,140,070210,079400,08629</p> <p>* Informacin obtenida de catlogos de fabricantes </p> <p>Tabla 1.2 Caractersticas relevantes de conductores tipo AAAC*Conductores</p> <p>EvaluadosSeccin</p> <p>total</p> <p>mm2FormacinDimetro total</p> <p>mmResistencia</p> <p>DC a 20C</p> <p>Ohms/kmResistencia</p> <p>AC a 50C Ohms/kmResistencia</p> <p>AC a 75C Ohms/km</p> <p>AAAC 700 mm270961x3,8534,630,046330,053330,05733</p> <p>AAAC 600 mm260861x3,5632,080,054100,061650,06623</p> <p>* Informacin obtenida de catlogos de fabricantes, excepto en el caso de resistencias AC que fueron estimadas a partir de la resistencia a 20C, considerando el cambio de temperatura y el efecto skin.</p> <p>1.2.EVALUACIN DE LOS CONDUCTORES POR AMPACITANCIA A. Capacidad de Diseo y Condiciones de Operacin de la Lnea </p> <p>La seleccin del conductor ha sido efectuada considerando las condiciones de operacin que se indican en la Tabla 1.3. </p> <p>Tabla 1.3 Condiciones de operacin de los conductores de la lnea CapacidadCaractersticas</p> <p>Capacidad Nominal La lnea debe tener una capacidad nominal de 180 MVA en condiciones de operacin normal. La temperatura no debe superar la temperatura mxima de 75C.</p> <p>En contingencias del SEINLa lnea de operar hasta con un 20% de sobrecarga sobre la capacidad de operacin normal, es decir 216 MVA </p> <p>Potencia de diseo por ampacitanciaLa potencia de diseo debe ser mayor a 300 MVA. En condiciones de emergencia, por un periodo de treinta (30) minutos, deber soportar una sobrecarga no menor de 30%, sobre la potencia de diseo </p> <p>B. Metodologa de Clculo </p> <p>La capacidad de transporte de un conductor est en relacin directa con su temperatura de trabajo, por lo que para las condiciones de trabajo sealadas en el literal A., se debe verificar que la temperatura del conductor no sobrepase los lmites permitidos de acuerdo con el tipo de material del mismo, considerando que para la Potencia Nominal la temperatura mxima no debe superar los 75C. </p> <p>De acuerdo con lo sealado, la metodologa de clculo empleada para determinar la capacidad de transporte de los conductores, en las distintas condiciones de trabajo planteadas, ser la recomendada en la IEEE Standard for Calculating the Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors (IEEE Std 738-1993), considerando la radiacin solar para el hemisferio sur. </p> <p>La metodologa establece el balance trmico en el conductor para calcular la capacidad de estable del mismo a travs de la siguiente relacin general:</p> <p>Donde:</p> <p>Itc:Corriente en el conductor a la temperatura de clculo en Amperios </p> <p>Qc:Prdida de calor por conveccin en watts/unidad de longitud de conductor</p> <p>Qr:Prdida de calor por radiacin en watts/unidad de longitud de conductor</p> <p>Qs:Ganancia de calor por calentamiento solar en watts/unidad de longitud de conductor</p> <p>Rtc:Resistencia del conductor a la temperatura de clculo en Ohmios por unidad de longitud Tal como se ha establecido en las condiciones de operacin de la lnea, la temperatura del conductor en la condicin de operacin normal no debe superar los 75C. En tal sentido, a partir de esta condicin y slo con el fin de descartar aquellas opciones que trabajando al lmite de esta temperatura, no cumpliran con las condiciones establecidas para la lnea se ha efectuado el clculo de ampacitancia considerando las siguientes temperaturas de trabajo: </p> <p>CondicinTemperatura del conductor</p> <p>Condicin normal75 C </p> <p>Contingencias del SEIN95 C</p> <p>Emergencia del SEIN100 C</p> <p>Es conveniente resaltar que estos rangos de temperatura son elegidos slo con fines de descarte de alternativas; pero no son las temperaturas de operacin finales. C. Condiciones Ambientales de Clculo </p> <p>De acuerdo con el procedimiento usual en estos casos, para la determinacin de la capacidad de los conductores se han asumido las condiciones climticas en las que se producira la transferencia de calor, tomando como base las condiciones climticas de la zona del proyecto.A partir de lo sealado las condiciones de trabajo asumidas son las que se indican a continuacin:</p> <p> Condiciones ambientales</p> <p> Temperatura ambiente del aire</p> <p>: 23 C </p> <p> Velocidad del viento</p> <p>:0,61 m/s</p> <p> Direccin del viento</p> <p>:perpendicular al conductor</p> <p> Calentamiento solar</p> <p> Altitud sobre el nivel del mar</p> <p>:3500 msnm</p> <p> Latitud</p> <p>:7 Sur</p> <p> Longitud</p> <p>:78 Oeste</p> <p> Fecha</p> <p>:mediados del mes de febrero </p> <p>(Verano en la latitud sur) Hora</p> <p>:Medioda</p> <p> Tipo de atmsfera</p> <p>:Clara sin nubes</p> <p> Coeficiente de absorcin</p> <p>:0,5</p> <p> Coeficiente de emisividad </p> <p>:0,5</p> <p>D. Resultados </p> <p>A partir de los datos de los conductores evaluados, y tomando en cuenta las variables de clculo y las temperaturas de trabajo sealadas, se obtienen los resultados que se muestran en la Tabla 1.4. </p> <p>Tabla 1.4 Capacidad de los conductores evaluados Tensin deCondicinTemperatura Capacidad del</p> <p>ConductorServiciode ConductorConductor</p> <p>KvOperacinCAmperiosMVA</p> <p>Normal751032393</p> <p>ACSR-PHEASANT220Contingencia951269484</p> <p>Emergencia1001320503</p> <p>Normal75924352</p> <p>ACSR-CURLEW220Contingencia951136433</p> <p>Emergencia1001182450</p> <p>Normal75786299</p> <p>ACSR-DRAKE220Contingencia95960366</p> <p>Emergencia100997380</p> <p>Normal751005383</p> <p>AAAC 700 mm2220Contingencia951238472</p> <p>Emergencia1001289491</p> <p>Normal75918350</p> <p>AAAC 600 mm2220Contingencia951128430</p> <p>Emergencia1001174447</p> <p>De acuerdo con estos resultados, se puede apreciar que los conductores que cumpliran con la capacidad requerida en las distintas condiciones de operacin de la lnea son los siguientes:</p> <p> ACSR Pheasant</p> <p> ACSR Curlew</p> <p> AAAC 700 mm2 AAAC 600 mm2Como era de esperarse, en todos estos casos las potencias para las temperaturas de trabajo son mayores a las potencias de diseo de la lnea, por lo que para el conductor que finalmente sea seleccionado se deber establecer las temperaturas de trabajo finales (que sern menores a las utilizadas en este apartado).</p> <p>1.3.RADIACIONES, INTERFERENCIA DE RADIO Y TELEVISIN Y PRDIDAS POR EFECTO CORONA A. Interferencia de Radio y Televisin y RadiacionesEl mximo gradiente superficial en los conductores no debe superar los 16 kVrms/cm. Este valor corresponde a nivel del mar, por lo tanto deber corregirse de acuerdo con la altitud de las instalaciones. Asimismo se deben efectuar las siguientes verificaciones: </p> <p> El ruido audible al lmite de la faja de servidumbre para zonas residenciales, de acuerdo con lo sealado el Anexo C3.3 del CNE Utilizacin 2006.</p> <p> Los lmites mximos de radiaciones no ionizantes al lmite de la faja de servidumbre, para exposicin poblacional de acuerdo con lo sealado en el Anexo C4.2 del CNE-Utilizacin 2006.</p> <p> Que los lmites de radio interferencia cumplan con las siguientes normas internacionales: IEC CISPR 18-1 Radio interference characteristics of overhead power lines and high-voltage equipment Part 1: Description of phenomena. </p> <p> IEC CISPR 18-2 Radio interference characteristics of overhead power lines and high-voltage equipment. Part 2: Methods of measurement and procedure for determining limits. </p> <p> IEC CISPR 18-3 Radio Interference Characteristics of Overhead Power Lines and High-Voltage Equipment - Part 3: Code of Practice for Minimizing the Generation of Radio Noise.B. Prdidas por Efecto Corona </p> <p>Para calcular las prdidas de los conductores por efecto corona se emplear el Mtodo de Peterson, para cables de varios hilos, con 12 ms hebras en la capa exterior. </p> <p>La frmula que permite calcular las prdidas por efecto corona es la que se muestra a continuacin:</p> <p>Donde:</p> <p>Pc</p> <p>:potencia de prdida por corona en kW/km/fase</p> <p>f</p> <p>:frecuencia del sistema (60 Hz)</p> <p>V</p> <p>:tensin de operacin de servicio de fase a tierra en kV</p> <p>D</p> <p>:distancia media geomtrica entre fases (883 cm)</p> <p>R</p> <p>:radio del conductor en cm</p> <p>:valor de la funcin emprica de Peterson para la relacin entre la tensin de fase de servicio y la tensin caracterstica de la lnea. </p> <p>La tensin caracterstica de la lnea se calcula aplicando la relacin:</p> <p>Con:</p> <p>Donde:</p> <p>ed</p> <p>:tensin caracterstica de la lnea por fase en kV</p> <p>nh</p> <p>:nmero de hebras en la capa exterior</p> <p>Rh</p> <p>:radio de hebra de la capa exterior en cm</p> <p>R</p> <p>:radio medio del conductor en cm</p> <p>m:coeficiente experimental que para condiciones normales vara entre 0,87 y 0,90</p> <p>Aplicando las relaciones anteriores con las condiciones de operacin definidas para la lnea se obtiene los siguientes valores de prdidas por corona que se muestran en la Tabla 1.5.</p> <p>Tabla 1.5 Prdidas por corona en la lnea </p> <p>Conductor Prdidas en la lnea</p> <p>kW/km</p> <p>ACSR-PHEASANT0,458</p> <p>ACSR-CURLEW0,718</p> <p>AAAC 800 mm20,481</p> <p>AAAC 625 mm20,648</p> <p>1.4.PRDIDAS Y REGULACIN DE LA TENSIN EN LA LNEA El lmite mximo de prdidas Joule para un valor de potencia de salida igual a la capacidad de transmisin en operacin normal, con un factor de potencia igual a 1,0 p.u. y tensin en la barra de llegada igual a 1,0 ha sido calculado, para cada uno de los conductores evaluados, empleando la siguiente relacin:</p> <p>Donde:</p> <p>Pnom</p> <p>:potencia nominal de la lnea en MVA</p> <p>Vnom</p> <p>:tensin nominal de la lnea en kV</p> <p>R75C:resistencia total de la lnea por fase, a la temperatura de 75C y frecuencia de 60 Hz</p> <p>Aplicando la relacin sealada con los datos de la lnea y los conductores, se obtienen los porcentajes de prdidas que se muestran en la Tabla 1.6. </p> <p>Tabla 1.6 Porcentajes de prdidas segn tipo de conductor</p> <p>Datos de operacin del conductorPorcentaje</p> <p>ConductorPotenciaTensinR (75C)de Prdidas</p> <p>MVAkVOhms%</p> <p>ACSR-PHEASANT1802208,9273,32</p> <p>ACSR-CURLEW18022010,6163,95</p> <p>AAAC 700 mm21802209,2303,43</p> <p>AAAC 600 mm218022010,6633,97</p> <p>En cuanto a la regulacin de la tensin en la barra de llegada, de acuerdo con lo sealado en la Norma Tcnica de Servicios Elctricos la variacin del nivel de tensin en los puntos de entrega de energa no debe superar el 5% de la tensin nominal en condiciones de operacin normal. Este margen de variacin debe ser cumplido y de ser necesario se debe considerar la compensacin reactiva necesaria, en funcin al factor de potencia de la carga. </p> <p>1.5.EVALUACIN ECONMICA DE ALTERNATIVAS La evaluacin econmica ha sido realizada aplicando el criterio de seleccin de la alternativa de mnimo costo, considerando los costos de inversin as como los costos actualizados de las prdidas y los de operacin y mantenimiento de la lnea.</p> <p>De acuerdo con la metodologa sealada se ha evaluado los cuatro conductores que cumplen con los criterios tcnicos de seleccin aplicados, considerando los datos y parmetros de evaluacin que se describen a continuacin. </p> <p>A. Horizonte de Evaluacin y Tasa de Actualizacin de CostosPor las caractersticas e importancia de la lnea elctrica la evaluacin econmica de los conductores seleccionados ha sido realizada considerando un horizonte de 30 aos, en tanto que la tasa de actualizacin para los costos de prdidas y operacin y mantenimiento es de 12% real anual.</p> <p>B. Costos de Inversin</p> <p>Los costos de inversin han sido estimados a partir de la informacin contenida en la base de datos de mdulos estndares de inversin para los sistemas de transmisin areos con torres metlicas, publicada por OSINERGMIN a travs de la Resolucin N 012-2010-OS/CD, que aprueba la Actualizacin de la Base de Datos de los Mdulos Estndares de Inversin para Sistemas de Transmisin con Costos 2009.</p> <p>Tabla 1.7 Costos de inversin segn tipo de conductor de la lneaCosto de Inversin Estimado</p> <p>Tipo de Lnea(US $/km)</p> <p>Lnea area trifsica con conductor ACSR Pheasant 121 393</p> <p>Lnea area trifsica con conductor ACSR Curlew 109 480</p> <p>Lnea area trifsica con conductor AAAC de 700 mm2110 889</p> <p>Lnea area trifsica con conductor AAAC de 600 mm2 102 729</p> <p>C. Costos de Prdidas </p> <p>Se ha tomado en cuenta los precios de potencia y energa en la barra en la subestacin base Cajamarca 220 kV, actualizados por OSINERGMIN al 4 de agosto del 2010.</p> <p> Tabla 1.8 Costos de prdidas de potencia y energa</p> <p>VariablePrecio</p> <p>PPB27,38S/./kW-mes</p> <p>PEBP10,67Ctm. S/./kW.h</p> <p>PEBF8,66Ctm. S/./kW.h</p> <p>Para la conversin de estos precios se ha considerado un tipo de cambio de 2,80 S/. / US $. </p> <p>D. Costos Anuales de Operacin y Mantenimiento </p> <p>Estos costos han sido estimados considerando los porcentajes utilizados para el clculo del costo anual estndar en instalaciones de transmisin (Resolucin OSINERGMIN N 0635-2007-OS/CD), que para calcular los costos de operacin y mantenimiento de lneas de ms de 138 kV, ubicadas en zonas de sierra, aplican un 2,95% a los costos de inversin.</p> <p>En este caso, al igual que en el caso de la actualizacin de las prdidas, se ha utilizado una tasa del 12%.</p> <p>E. Caracterizacin de la carga</p> <p>Para la caracterizacin de la carga se ha c...</p>