7/14/2019 Aplicacion de Estructuras de Emergencia Al s.e.n. http://slidepdf.com/reader/full/aplicacion-de-estructuras-de-emergencia-al-sen 1/57 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA. UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA. APLICACIÓN DE ESTRUCTURAS MODULARES DE EMERGENCIA EN EL SISTEMA ELÉCTRICO NACIONAL. TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTAN: DANIEL CASTRO HERNÁNDEZ. [email protected]LUIS ALBERTO CORTÉS ALVA. [email protected] ASESOR DE TESIS: M. en C. Juan Abugaber Francis M. en C. Guilibaldo Tolentino Eslava México, D.F. Octubre 2012
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La presente Tesis es un esfuerzo en el cual, directa o indirectamente,participaron varias personas leyendo, opinando y corrigiendo, en especial el M.
en C. Juan Abugaber Francis y al M. en C. Guilibaldo Tolentino Eslava,directores de este trabajo, por la orientación, el seguimiento, la supervisióncontinúa del mismo, y sus atinadas correcciones, pero sobre todo por lamotivación y el apoyo recibido a lo largo de éste tiempo.
Al Instituto Politécnico Nacional y a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánicay Eléctrica por haber sido mi casa durante estos años y a quien debo miformación como Ingeniero Eléctrico.
A mis padres ya que gracias a ellos soy quien soy hoy en día, fueron los queme dieron ese cariño y calor humano necesario, son los que han velado por mi
salud, mis estudios, mi educación, alimentación entre otros, son a ellos a quienles debo todo, horas de consejos , de regaños, de reprimendas, de tristezas yde alegrías de las cuales estoy muy seguro que las han hecho con todo el amor del mundo para formarme como un ser integral y de las cuales me sientoextremadamente orgulloso.
Les agradezco a mis hermanos las cuales han estado a mi lado, hancompartido todos esos secretos y aventuras que solo se pueden vivir entrehermanos y que han estado siempre alerta ante cualquier problema que se mepuedan presentar.
También les agradezco a mis amigos más cercanos, a esos amigos quesiempre me han acompañado y con los cuales he contado desde que losconocí durante nuestra estadía en el Instituto Politécnico Nacional y a los queconozco desde la infancia.
Gracias a Dios por darme la oportunidad de vivir ésta experiencia, por habermedado la sabiduría y la fortaleza para que fuera posible alcanzar este triunfo.
Gracias totales.
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Capítulo 3 | Procedimiento para el restablecimiento de falla
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Una vez que se conocen los componentes utilizados para el correcto
funcionamiento de una estructura modular de emergencia es pertinente conocer la
metodología para el cálculo, armado e izaje de dichas estructuras.
Al presentarse una falla en una línea de transmisión en la cual se vean colapsadasuna o varias estructuras se debe proceder de la siguiente forma, para poder
resolver la contingencia en el menor tiempo y de la mejor manera posible.
3.1 Colapso de la estructura
En la secuencia de eventos, del procedimiento de restauración de una falla, el
colapso de la estructura es el elemento que detona la secuencia de acción.
Las estructuras pueden colapsar por diversos factores tales como fenómenos
naturales, accidentes o vandalismo. Algunos ejemplos de estos fenómenos son los
siguientes:
Tornados y vientos fuertes.
Este tipo de desastres (Figura 3.1), generalmente ocurren en los meses de mayo y
junio. Afectan principalmente los estados de Coahuila, Chihuahua, Durango yNuevo León.
Figura 3.1. Tornado.
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Huracanes.
Debido a la ubicación geográfica del país, los cambios climáticos y las diferentes
condiciones ambientales, se encuentra en una zona de riesgo en cuanto a
huracanes se refiere (Figura 3.2).
Figura 3.2. Huracán Dean 2007.
Ésta condición provoca vientos y lluvias de gran intensidad, cada uno de éstos
causan serias afectaciones a las torres de transmisión. Las lluvias afectan
mayormente los estados con costas del territorio nacional. Los más afectados sonTamaulipas, Veracruz, Tabasco, Chiapas, Quintana Roo, Sonora, Sinaloa y Baja
California Sur (Figura 3.3).
Figura 3.3. Torre colapsada.
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Accidentes y Vandalismo
Las torres de transmisión no quedan exentas de sufrir accidentes, ya que al estar
dispersas en toda la república, muchas veces se encuentran cerca de zonas
habitadas, la mayoría vía pública y accesos vehiculares, propiciando que, en caso
de una colisión de autos, se afecte de manera indirecta la estructura de la torre, el
robo de partes que conforman la estructura también propicia el colapso.
3.2 Evaluación preliminar
3.2.1 Detección de la falla.
Una vez que ocurre el colapso de la torre la operación de las protecciones, en las
Subestaciones a los extremos de esa línea de transmisión, indica la presencia de
la falla y la ubicación aproximada de la misma.
Al ocurrir la caída de una torre de transmisión se tiene en cuenta que se presenta
una falla trifásica, en este tipo de fallas no sólo interviene la Subárea de
Transmisión, sino que el CENACE toma participación dentro de la tarea de
solventar la falla, ya que dicho organismo tiene la facultad para tomar la decisiónde realizar un recierre en caso de que la falla no se deba al colapso de la torre de
transmisión. Situación que no se sabe hasta que la cuadrilla a cargo supervisa la
zona de la falla, tomando en cuenta las mediciones que indico el relevador de
distancia.
3.2.2 Desplazarse al sitio de la falla.
Es importante conocer el sitio donde se presento dicho evento, ya que es esencial
para observar la magnitud de la falla y de esta manera determinar el grado de
afectación a las estructuras.
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De acuerdo a lo observado se analizará la acción a realizar dependiendo el casopara el libramiento de la falla.
3.3 Acción correctiva
3.3.1 Traslado.
Conociendo lo anterior se debe determinar el material y el equipo necesario que
se debe desplazar al sitio donde se presenta la falla, para comenzar con el
restablecimiento del servicio. El inicio de esta acción siempre dependerá de las
condiciones climatológicas que se estén presentando en el lugar de la falla.
3.3.2 Licencia.
Se debe solicitar licencia (permiso) para poder realizar el restablecimiento de la olas estructuras dañadas, y como en este caso es trabajo no programado, lalicencia será de emergencia que es otorgada por el CENACE quien realiza lasacciones pertinentes para evitar la re-energización de la línea antes de concluir con su restablecimiento.
3.3.3 Cálculo.
Esta fase es de las más importantes debido a que se corrobora que el arreglo
seleccionado funcionará, logrando soportar los conductores, manteniendo las
distancias dieléctricas pertinentes. Se debe considerar el nivel de tensión, el
calibre del conductor, la configuración de conductores, la longitud de los claros
(Figura 3.5), además si la estructura colapsada era de tensión, deflexión o
suspensión para poder determinar de forma correcta el arreglo que se realizará
por medio de estructuras de emergencia.
Figura 3.5. Condiciones del terreno.
I
,
,
.
I I
CMV
CMV
I I
. .
I I
I I I I
I
.
I .
CMH
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Estos datos son los utilizados para poder realizar el cálculo con las ecuaciones
que a continuación se muestran:
Para la velocidad del viento en la estructura
( ) …………………………………………..(3.1)
Para la componente vertical de la carga del conductor
( )( )( ) ……...(3.2)
Para la componente horizontal de la carga del conductor
( ) ( ) ( ) ( ) ..........(3.3)
Asimismo se ocupan las ecuaciones de las sumas de fuerzas, en x y en y, asícomo la suma de momentos, para determinar los valores de ciertas incógnitas.
∑ () ∑ () ∑ ( )
La siguiente ecuación es utilizada para determinar la resultante de componentesde una fuerza:
√ ...............................(3.7)
Las siguientes ecuaciones se utilizarán debido a que se resolverá la estructuracomo una estructura hiperestática:
En esta fase se procede a retirar las estructuras dañadas (Figura 3.6), para poder tener mayor terreno libre en el área de trabajo e ir colocando el material necesario
con el que se realizará el levantamiento de la estructura de emergencia. También
se deben retirar las cadenas de aisladores, conductores e hilos de guarda de las
estructuras colapsadas.
Figura 3.6. Desmantelamiento de la estructura dañada.
3.3.5 Fase 3: Reparación de conductores.
En caso de presentarse algún daño en los conductores e hilos de guarda, se
procederá a realizar la reparación o sustitución de estos (Figura 3.7).
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Figura 3.7. Liberando el conductor dañado.
3.4 Armado y método de izaje
En esta sección, tomando en cuenta lo calculado, se debe realizar el acomodo de
los conductores, hilo de guarda, el material y equipo a utilizar a la zona donde se
colocará la estructura de emergencia (Figura 3.8).
El armado se puede realizar en piso o mediante la utilización de la pluma
deslizante, la cual se apoya de la utilización de poleas y con la estructura enposición vertical, ésta se arme por partes. Todo esto dependiendo del tipo de
estructura que se ha elegido para su armado.
El izaje de los conductores se puede realizar mediante la utilización de helicóptero
o grúa. Teniendo ya la estructura de emergencia armada y con los conductores
instalados con sus aisladores respectivos, se debe comprobar que dichos
conductores respeten la distancia de conductor a tierra y entre conductores, ya
que de ser reducida este puede acarrear problemas al momento de laenergización de la línea de transmisión, provocando fallas de fase a tierra o entre
fases respectivamente.
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Figura 3.9. Diagrama de trazo de una columna.
Para terreno ondulado es importante tener el apoyo del personal de Ingeniería
civil, para la localización geográfica del punto de desplante de estructuras de
emergencia, trazo de retenidas, cálculo de ángulo de deflexión, cálculo del
equilibrio geométrico de las retenidas, localización de anclajes y evaluación de lascaracterísticas del suelo para la interacción con los anclajes en el mecanismo
suelo-retenida.
Invariablemente, el trazo debe ser realizado y/o validado por el ingeniero
encargado del montaje de la estructura.
La segunda etapa es la evaluación del terreno y selección del tipo de
anclaje para retenidas.
Consiste en evaluar la capacidad de carga del terreno con objeto de garantizar
la confiabilidad de los anclajes conociendo la tensión que será aplicada a las
retenidas.
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En este capítulo se abordará la aplicación de las Estructuras Modulares de
Emergencia en el Sistema Eléctrico Nacional, mediante la utilización de estas en
una falla presentada en línea de transmisión Encino – A3A10 – Hércules Potenciade 400 kV, en la Gerencia Regional de Transmisión Norte (Figura 4.1). En dicha
línea se vieron colapsadas tres estructuras (467, 468 y 469). Se procedió de la
siguiente forma para el restablecimiento de la línea.
Figura 4.1. Estructura colapsada en la GRT Norte.
Al operar las protecciones de las subestaciones Encino y Hércules Potencia y
constatar que la falla presentada era tripolar, el CENACE ordena a la Subárea de
Transmisión el patrullaje de la línea basado en la información obtenida por los
relevadores de protección. De esta forma se constata que se presenta una
emergencia por el colapso de tres estructuras de la línea mencionada. Proceden a
pedir la licencia de la línea para comenzar con los trabajos de restablecimiento.
Una vez otorgada se realiza una inspección a detalle de la línea para observar las
siguientes características:
Tipos de las estructuras colapsadas.
Número de estructuras colapsadas.
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4.2 Desmantelamiento de la estructura colapsada y preparación del área de
trabajo.
Una vez determinado lo anterior se realiza el desmantelamiento de las estructuras
colapsadas, así como el retiro de los conductores de las mismas (Figura 4.4). Seasigna un sitio que servirá como centro de acopio para colocar todo el equipo que
será desplazado a la zona para el evento ocurrido.
Figura 4.4. Desmantelamiento de la estructura.
El resto de las partes de la estructura colapsada se retiró con la utilización de una
grúa Pettibone. Con el trayecto de la línea ya con menor indicio de la presencia de
la torre derribada, se colocan los módulos de emergencia en cada una de las
zonas donde se colocaran estructuras provisionales (Figura 4.5), que en este caso
se determinó el colocar cuatro arreglos tipo Chainette de 400 kV.
Figura 4.5. Ubicación de módulos de emergencia en la zona de trabajo.
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Con los módulos y el equipo necesario en las zonas donde serían colocadas las
estructuras provisionales, el conjunto de ingenieros y linieros se repartieron en
grupos con la finalidad de agilizar la maniobra. Se realizo el armado de lascolumnas en piso (Figura 4.6), las cuales eran soportadas en polines, mientras se
realizaba el izaje.
Figura 4.6. Armado de la estructura en piso.
Mediante la utilización de la grúa Pettibone, se realizó el izaje de las columnas por
el método de centro de gravedad (C. G.). Al tratarse de un terreno plano no se
presentaron contratiempos por introducción de la grúa al lugar de la falla.
Con este tipo de izaje se sujeta una de las columnas armadas en piso a la grúa, la
cual la eleva poco a poco hasta que se encuentra totalmente vertical, momento en
el cual los linieros intervienen para sujetar la columna mediante las retenidas(Figura 4.7). La columna siguiente se levanta de la misma manera y al estar las
dos columnas totalmente verticales se procede a la colocación del violín el cual de
cierta manera realiza el mayor esfuerzo al detener las columnas y que estás
queden con un ángulo de aproximadamente 5º. Con el violín ajustado se retiran el
par de retenidas auxiliares que se colocaron por columna.
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Cabe mencionar que el arreglo en la parte inferior (donde descansaran los
conductores) cuenta con un yugo, en el cual será sujetada la clema por medio de
grilletes para de esta manera dejar suspendidos los conductores.
4.4 Colocación de los conductores en la E.M.E.
Los conductores son elevados también con la ayuda de la grúa (Figura 4.9), hasta
quedar colocados en su lugar; en esta ocasión el levantamiento de los
conductores se hizo de forma conjunta, levantando los conductores en cada unas
de las estructuras de emergencia colocadas.
Una situación que no se debe dejar de tomar en cuenta es el hecho que al iniciar la maniobra de restablecimiento se deben colocar tierras provisionales en la línea
para evitar una descarga accidental.
Figura 4.9. Colocación de los conductores en las clemas de suspensión.
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Una vez con los arreglos completados (Figura 4.10) y con los conductores en su
posición se procede a validar, mediante la ayuda de un topógrafo, la distancia
entre fases, la distancia a tierra entre otras normalizadas para el correctofuncionamiento de una línea de transmisión, para poder confirmar a CENACE que
el restablecimiento de la línea se llevo a cabo con éxito y es factible llevar a cabo
el cierre de la línea.
Figura 4.10 .Arreglo culminado.
Cuando se lleva a cabo el cierre de la línea, se solicita la información a CENACE
de que carga tomo la línea al ser energizada.
Se debe señalar que casi paralelamente al proceso de armado de las estructuras
de emergencia el departamento de construcción se encuentra en el armado de las
estructuras definitivas para poder retirar las estructuras de emergencia lo más
rápido posible.
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Aerogenerador : Generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento.
Anclajes: Colocación de anclas para sujeción de las retenidas.
Balizas: Objeto usado para ubicar un sitio en relación a otros.
Celosías: es una estructura reticular de barras rectas interconectadas ennodos formando triángulos planos (en celosías planas) o pirámidestridimensionales (en celosías espaciales).
CENACE: Centro Nacional De Control De Energía
Centro de Gravedad: Es el punto respecto al cual las fuerzas que lagravedad ejerce sobre los diferentes puntos materiales que constituyen elcuerpo producen un momento resultante nulo.
Cerramientos: Sección estructural donde convergen las celosías.
CFE: Comisión Federal De Electricidad.
Chainette: Tipo de Estructura de Emergencia.
Clema: tipo de conector eléctrico en el que un cable se aprisiona contra una
pieza metálica mediante el uso de un tornillo.
Crucetas: Sección de la estructura dónde se sujetan los conductores.
Cuadrilla: Grupo de trabajo.
Distancia Dieléctrica: Distancia de seguridad mínima normalizada paraevitar fallas a tierra y entre fases.
E.M.E.: Estructuras Modulares de Emergencia.
Embalse: Acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho
de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce.
Eslinga: Cinta con un largo y ancho específico que permite enganchar unacarga para el izaje.
Herrajes: Conjunto de piezas de hierro u otro metal cuyo fin de unir osujetar objetos.
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Hilo de Guarda: Conductor utilizado para la protección de Líneas deTransmisión contra descargas atmosféricas.
Hiperestática: Estructura en equilibrio donde las ecuaciones de la estática
resultan insuficientes para determinar todas las fuerzas internas o lasreacciones.
Isostáticas: Estructura que puede ser analizada mediante los principios dela estática donde el numero de fuerzas actuantes es igual al número deecuaciones de equilibrio.
Isótropo: Característica de los cuerpos cuyas propiedades físicas nodependen de la dirección.
Izaje: Levantamiento o construcción de la estructura.
kCM.: O MCM, Mil Circular Mil, Unidad de área con diámetro equivalente amil miles* (*Mil: Una pulgada entre 1000).
Licencia: Permiso concedido por CENACE para la realización de trabajo envivo, muerto o de emergencia en equipos que conforman el SistemaEléctrico de Potencia.
Malacate (Winch): Es un dispositivo mecánico, rodillo o cilindro giratorio,impulsado manualmente, por una máquina de vapor o por un motor eléctrico, con un cable, una cuerda o una maroma, que sirve para arrastrar,levantar y/o desplazar objetos o grandes cargas.
MARK II: Reactor de agua en ebullición, segunda generación.
Momentos: Magnitud (pseudo)vectorial, obtenida como producto del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza (con respecto al punto alcual se toma el momento) por el vector fuerza.
Pettibone: Modelo de Grúa
Platinas: Accesorio Utilizado para la detención de las retenidas.
Pluma Deslizante: Accesorio utilizado para el izaje de las Estructuras deEmergencia.
Polines: Trozo de madera prismático, que sirve para mantener levantadosdel suelo diversos objetos.
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Retenidas: Elemento mecánico que sirve para contrarrestar las tensionesmecánicas de los conductores en las estructuras eliminando los esfuerzo deflexión.
Rodete: Elemento móvil de turbinas y ventiladores
SEP: Sistema Eléctrico de Potencia.
Torre De Deflexión: Estructura de tensión utilizada para cambiar ladirección de una Línea de Transmisión.
Torre De Remate: Estructura de tensión utilizada en los extremos de laLínea de Transmisión a la llegada o salida de Subestación.
Torre De Suspensión: Estructura utilizada para el paso del conductor,produce una tensión mínima sobre el mismo.
UNIMOG: Camión multipropósito de tracción en las cuatro ruedas, todoterreno.
Violín: Parte constitutiva del arreglo Chainette cuya finalidad es mantener una separación entre columnas, permitiendo que las cadenas de aisladoresqueden distribuidas uniformemente.
Yugo: Placa metálica donde se unen las cadenas de aisladores en unaestructura tipo Chainette.
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