v4 - Lp y Rp Cálc. Just-lp-rp

ESTUDIO DEFINITIVO ELECTRIFICACIN RURAL EN LA PROVINCIA DE CELENDN

Parte I: Lneas y Redes Primarias Volumen IV: Cculos Justificativos

Lumina Copper S.A.C. DGER/MEM Priconsa/Cobrasac


NDICE GENERAL

RESUMEN EJECUTIVO DEL PROYECTO

PARTE I: LNEAS Y REDES PRIMARIAS VOLUMEN I Memoria DescriptivaEspecificaciones Tcnicas VOLUMEN II Metrados y Valor Referencial VOLUMEN III Planos VOLUMEN IV Clculos Justificativos

PARTE II: REDES DE DISTRIBUCIN SECUNDARIA VOLUMEN I Memoria Descriptiva Especificaciones Tcnicas VOLUMEN II Metrados y Valor Referencial VOLUMEN III Planos

VOLUMEN IV Clculos Justificativos





PARTE I: LNEAS Y REDES PRIMARIAS

VOLUMEN IV: CLCULOS JUSTIFICATIVOS

NDICE

1.0 ASPECTOS GENERALES 1.1 OBJETIVO 1.2 ANTECEDENTES DEL PROYECTO 1.3 FUENTES DE INFORMACIN 1.4 DESCRIPCIN DEL REA DEL PROYECTO

1.4.1 Ubicacin Geogrfica 1.4.2 Condiciones Climatolgicas 1.4.3 Vas de Acceso Principales

1.5 ALCANCES DE LA OBRA 2.0 CONSIDERACIONES GENERALES

2.1 NORMAS APLICABLES 2.2 CARACTERISTICAS TCNICAS DE LAS LNEAS Y REDES PRIMARIAS

2.2.1 Caracteristicas del Equipamiento de Lneas y Redes primarias en 22,9/13,2kV 2.2.2 Subestaciones de Distribucin

2.3 SELECCIN Y EQUIPAMIENTO PRINCIPAL 2.3.1 Postes y Crucetas 2.3.2 Conductor 2.3.3 Aisladores 2.3.4 Retenidas y Anclajes 2.3.5 Subestaciones y Tableros de Distribucin 2.3.6 Puesta a Tierra 2.3.7 Material de Ferreteria

3.0 ESTUDIO DE MERCADO ELCTRICO 3.1 GENERALIDADES 3.2 HORIZONTE DE EVALUACIN 3.3 ANLISIS DE LA DEMANDA

3.3.1 Base de Datos Utilizada (Encuestas de Mercado Elctrico) 3.3.2 Consumos de Energa en Zonas Similares al Proyecto 3.3.3 Metodologa para la Proyeccin de la Demanda

3.4 PROYECCIN DE MXIMA DEMANDA DE POTENCIA DE LAS LOCALIDADES PROYECTADAS 3.4.1 Calificacin Elctrica 3.4.2 Proyeccin de la Demanda de las Instalaciones Existentes y Futuras

3.5 ANLISIS DE DEMANDA Y OFERTA DE ENERGA ELCTRICA 3.5.1 Anlisis de la Oferta 3.5.2 Balance de Oferta y Demanda

4.0 CLCULOS ELCTRICOS DE LA LNEA Y RED PRIMARIA 4.1 INTRODUCCIN 4.2 CARACTERSTICAS ELCTRICAS DEL SISTEMA 4.3 PARMETROS DE LOS CONDUCTORES

4.3.1 Resistencia Elctrica 4.3.2 Reactancia Inductiva




4.4 ANLISIS DEL SISTEMA ELCTRICO 4.4.1 Objetivo 4.4.2 Criterios utilizados en el Anlisis del Sistema Elctrico 4.4.3 Anlisis del Sistema Elctrico 4.4.4 Determinacin de la Configuracin Elctrica 4.4.5 Balance de Cargas 4.4.6 Anlisis de Regulacin de Tensin y Prdidas 4.4.7 Conclusiones

4.5 CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO Y COORDINACIN DE LA PROTECCIN 4.5.1 Clculo de Corrientes de Cortocircuito 4.5.2 Estudio de la Coordinacin de la Proteccin

4.6 DETERMINACIN DEL NIVEL DE AISLAMIENTO 4.6.1 Aislamiento Necesario por Contaminacin Ambiental 4.6.2 Aislamiento Necesario por Sobretensin a Frecuencia Industrial en Seco 4.6.3 Aislamiento Necesario por Sobretensiones Atmosfricas 4.6.4 Seleccin de los Aisladores para la LP y RP 4.6.5 Niveles de Aislamiento para las Subestaciones de Distribucin

4.7 SELECCIN DE PARARRAYOS 4.8 ESTUDIO DE COORDINACIN DEL AISLAMIENTO 4.9 CLCULO, DISEO Y CONFIGURACIN DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA

4.9.1 En Lneas y Redes Primarias 4.9.2 Descripcin de Sistemas de Puesta a Tierra para Lneas y Redes Primarias 4.9.3 En Subestaciones de Distribucin 4.9.4 Tensiones de Toque y de Paso

4.10 SELECCIN DE LA CAPACIDAD DE LOS TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIN 4.10.1 Metodologa para la Sobrecarga de Transformadores de Distribucin 4.10.2 Conclusiones y Resultados

4.11 DETERMINACION DEL NMERO DE DESCONEXIONES POR CADA 100 km AL AO

4.12 COORDINACIN DE LA PROTECCIN DE INTERRUPTORES EN BT 5.0 CLCULOS MECNICOS DE LA LNEA Y RED PRIMARIA

5.1 DISTANCIAS MNIMAS DE SEGURIDAD 5.1.1 Distancia de seguridad de los alambres, conductores, cables y partes rgidas con

tensin no protegidas adyacentes pero no fijadas a edificios y otras instalaciones a excepcin de puentes (Segn CNE Tabla N234-1)

5.1.2 Distancia Vertical de conductores sobre el nivel del piso, camino, riel o superficie de agua (Segn CNE Tabla N 232-1)

5.2 CLCULO MECNICO DE CONDUCTORES 5.2.1 Hiptesis de Clculo Mecnico de Conductores-CMC

5.3 SEPARACIN HORIZONTAL ENTRE CONDUCTORES 5.4 SELECCIN DE AMORTIGUADORES DE VIBRACIN

5.4.1 Descripcin de las Vibraciones Elicas 5.4.2 Soluciones Prcticas al Problema de Vibracin de Conductores 5.4.3 Caractersticas de Amortiguadores 5.4.4 Seleccin del EDS de la Amortiguacin de las Vibracin 5.4.5 Sustento Tcnico

5.5 CLCULO MCANICO DE CRUCETAS 5.6 CLCULO MECNICO DE ESTRUCTURAS RETENIDAS METODO DE CLCULO DE CIMENTACIONES

5.6.1 Metodologa para Clculo de la Capacidad Portante Admisible 5.6.2 Metodologa para Cimentacin de Postes 5.6.3 Clasificacin de los Suelos desde el punto de vista Geotcnico

6.0 CLCULO DEL BLOQUE DE RETENIDA 6.1 METODOLOGA




6.2 TIPOS DE RETENIDA 6.2.1 Retenida Vertical 6.2.2 Cuadro Resumen

6.3 ESQUEMA DESCRIPTIVO 7.0 ANEXOS

Lista de Cuadros

Cuadro N: 1 Condiciones Climatolgicas Cuadro N: 2 Estaciones Meteorolgicas Cuadro N: 3 Equipamiento de Tableros de Distribucin Cuadro N: 4 Resumen Registros Histricos de Consumos Unitarios Cuadro N: 5 Resumen de Indicadores de Mercado Cuadro N: 6 Resumen de la Proyeccin de la Mxima Demanda de Potencia Cuadro N: 7 Resumen del Balance Oferta-Demanda Cuadro N: 8 Resumen de la Regulacin de Tensin y Prdidas Cuadro N: 9 Corrientes de Cortocircuito Monofsicas Cuadro N: 10 Fusibles Seleccionados Cuadro N: 11 Aislamiento Requerido por Contaminacin Cuadro N: 12 Aislacin Necesaria por Sobretensiones de Impulso Cuadro N: 13 Seleccin de los Aisladores para LP y RP Cuadro N: 14 Mrgenes de Seguridad de la Coordinacin del Aislamiento Cuadro N: 15 Resistencia de Puesta a Tierra de Subestaciones de Distribucin MRT Cuadro N: 16 Tipo de Sistema de Puesta a Tierra terica para Subestaciones de

Distribucin Cuadro N: 17 Sobrecarga Permisible en Subestaciones de Distribucin Cuadro N: 18 Nivel Ceranico (nmero de das de tormentas por ao) Cuadro N: 19 Caractersticas Tcnicas de los Conductores Cuadro N: 20 Estacin Metereolgica del Senamhi - Departamento Cajamarca Cuadro N: 21 Seleccin de Hiptesis de Clculo Cuadro N: 22 Hiptesis de Clculo Mecnico de Conductores- Zona I (hasta 3 000

m.s.n.m.) Cuadro N: 23 Hiptesis de Clculo Mecnico de Conductores- Zona II (mas de 3 000

m.s.n.m.) Cuadro N: 24 Frecuencias de Vibracin (Hz) en funcin al Viento y Dimetro del

Conductor Cuadro N: 25 Tracciones Medias Admisibles sin Proteccin Antivibrante Cuadro N: 26 Resumen de Resultados Cuadro N: 27 Resultados de Clculo de Cimentacin





PARTE I: LNEAS Y REDES PRIMARIAS

VOLUMEN IV: CLCULOS JUSTIFICATIVOS

1.0 ASPECTOS GENERALES 1.1 OBJETIVO

El presente documentoClculos Justificativos, tiene por objetivo desarrollar el estudio del mercado elctrico, los clculos elctricos y Clculos mecnicos, para sustentar la seleccin de los materiales de las lneas primarias y redes primarias utilizadas en el Proyecto. Las instalaciones que se implementarn con el presente proyecto permitirn el desarrollo socio-econmico y agroindustrial de la zona del proyecto beneficiando a 13 228 habitantes y 3 028 abonados totales.

1.2 ANTECEDENTES DEL PROYECTO Convenio MEM-Mineras-Autoridades Locales: El MEM ha firmado un Convenido con las

empresas mineras Lumina Copper, Yanacocha y Alac, y con las autoridades de los distritos beneficiados, con el compromiso de que las empresas mineras financien los estudios, y el MEM se encargue de financiar las obras de electrificacin.

Contrato de Elaboracin de los Estudios: En base al convenio anterior, Lumina Copper ha contratado los servicios de las Consultoras Priconsa y Cobrasac para elaborar el Perfil Integrado, el Estudio Definitivo, y la Declaracin de Impacto Ambiental de la Electrificacin Rural del distrito de La Encaada y la Provincia de Celendn, segn contrato N 01-2009 LUM-PRI-COB, del 11-06-2009. Asimismo Lumina ha contratado los servicios de la Lic. Lucy Palacios para efectuar la Evaluacin Arqueolgica y obtener el CIRA.

Localidades Beneficiadas: Los estudios estn conformados por 35 localidades de La Encaada y 101 localidades de Celendn.

Instalaciones existentes: Estn conformadas por la SE Celendn 60/22,9 kV-7/9 MVA, una lnea en 60 kV-59,09 km desde SE Cajamarca hasta la SE Celendn, y redes de distribucin en 22,9/13,2kV para media tensin y redes en 0,44/022kV; 0,38/0,22kV y en 0,22kV para la baja tensin, a cargo de la empresa de distribucin elctrica Hidrandina.

Proyectos en elaboracin por otras entidades: El PSE Combayo, con SNIP 85441, cuyo estudio definitivo se encuentra actualmente en elaboracin; el PSE La EncaadaSucreMiguel IglesiasLa Libertad de Pallan con SNIP 85550 se encuentra actualmente a nivel de Perfil aprobado (viable).

Supervisin de los Estudios: Los Estudios mencionados son supervisados por el Ingeniero Electricista Jos Lus de la Cruz Lzaro con CIP: 92102.

Empresa de distribucin: HIDRANDINA es la empresa de distribucin elctrica que tiene a su cargo la operacin, mantenimiento y comercializacin del SER Celendn, y a la cual se le transferir las instalaciones del presente proyecto.

Factibilidad de Suministro Elctrico y Fijacin de los Puntos de Diseo: Ha sido solicitada a la Unidad de Negocios-UN Cajamarca de Hidrandina, con Carta Enca-Celen N 005-09-Hdna/PRI, del 27.08.2009, los cuales han sido aprobados por Hidrandina con carta CJ-3494-2009 del 02.10.2009.

1.3 FUENTES DE INFORMACIN Para el desarrollo del Estudio se efectuaron coordinaciones con las siguientes instituciones y autoridades: Direccin General de Electrificacin RuralDGER/MEM: Entidad contratante y encargada de

la supervisin del Estudio, con quin se coordina el desarrollo del mismo en sus aspectos tcnicos, econmicos y contractuales. Asimismo se coordin las autorizaciones y permisos de ingreso para visitar las instalaciones relacionadas con el proyecto y la entrega de informacin requerida para el desarrollo del estudio.




Gobierno Regional Cajamarca: Entidad que tambin viene financiando proyectos de electrificacin rural, y con quien se coordin los talleres de participacin pblica y los proyectos ejecutados y en etapa de preinversin.

Empresa de Distribucin Hidrandina: Empresa de distribucin elctrica, concesionaria de la transmisin, distribucin y generacin de energa elctrica en el rea del proyecto, con quien se coordin lo referente a la informacin de infraestructura existente.

Instituto Geogrfico Nacional-IGN: Entidad donde se recaba informacin de las cartas nacionales 1:100 000.

Ministerio de Agricultura-MINAG: Entidad donde se recaba las cartas nacionales 1:25 000, para los trabajos de definicin de ruta de lnea.

Instituto Nacional de Recursos Naturales-INRENA: Entidad con la cual se coordina la demarcacin exacta de las reas naturales protegidas por el Estado que figuran en el Mapa Forestal en el rea de influencia del proyecto. Esto permiti validar que las rutas de lneas primarias no afecten las reas naturales protegidas.

Instituto Geolgico Minero y Metalrgico - INGEMMET: Entidad con la cual se coordin la obtencin de los planos y boletines geolgicos en el rea de la influencia del proyecto.

Direccin General de Asuntos Ambientales - DGAA/MEM: Entidad encargada de revisar y aprobar el Estudio de Impacto Ambiental, con el Informe previo del INRENA.

Servicio Nacional de Meteorologa e Hidrologa-SENAMHI: Entidad con la cual se coordin la obtencin de informacin referente a velocidad de viento y temperaturas en el rea de influencia del proyecto.

FONCODES: Para la obtencin de informacin de proyectos y obras de desarrollo, como: agua potable, electrificacin, canales de regadillo, etc, en la zona del proyecto.

Instituto Nacional de Estadstica e Informtica: Se recab informacin estadstica de poblacin, nmero de viviendas, actividades econmicas, etc. en el rea de influencia del proyecto, as como la ubicacin geogrfica de localidades.

Centros de Salud (Postas Mdicas): Para la obtencin de datos estadsticos de grupos humanos, poblacin, tasas de crecimiento, etc, en la zona del proyecto.

Concejos Provinciales, Distritales y Municipales: Autoridades locales con quienes se coordina la informacin referente a su localidad, como viviendas, habitantes, cargas productivas, etc, asi como los accesos a las comunidades.

1.4 DESCRIPCIN DEL REA DEL PROYECTO 1.4.1 Ubicacin Geogrfica

El proyecto Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn se ubica en la provincia de Celendn, departamento de Cajamarca, entre las coordenadas WGS84 UTM 17 M 780 000, 9 288 000; 17 M 800 000, 9 208 000; 17 M 832 000, 9 216 000 y 17 M 808 000, 9 292 000; encontrndose dentro de los cuadrngulos: 13G-Lonya Grande; 14G-Celendn y 15G-San Marcos; de la carta del Instituto Geogrfico Nacional. La ruta de la lnea primaria se muestra en el plano N GEN-04 en escala 1:100 000. A continuacin se detallan las localidades beneficiadas con el proyecto: Provincia de Celendn (101 localidades) Distrito Celendn (19 localidades): Tres Zanjas, 22 de Mayo, La Manzana Alto, La Manzana Baja, San Antonio Alto, San Antonio Bajo, Cahuaypampa Bajo, Eugenio Pampa Centro, Eugenio Pampa Bajo, Queruaysana, Barrio Nuevo Alto, Barrio Nuevo Bajo, Bajo Huaiambra, Huaylla Alto, Cashaconga Bajo, Hornopampa, El Tinguito, Vista Alegre y Agua Dulce. Distrito Chumuch (9 localidades): Poro Poro, Las Minas, La Punta, El Cardn, Buena Vista, Tres de Octubre, Nueva Laguna, Nuevo Chupica y Cristo Rey. Distrito Cortegana (46 localidades): La Union, Chimuch, El Calvario, Nuevo Celendin, Musaden, Canden, Miguel Grau, El Porvenir, San Isidro-La Ramada, Muuo, Yagen, Naranjitos, San Carlos, Vista Alegre, San Miguel, San Antonio, San Jose, Andamachay, Tres Lagunitas, Dos de Mayo, Pacchapampa, Chupica, Santa Cruz, Santa Clara, Villanueva, Libertad Villanueva, La quinua, Miraflores, El Triunfo, Palma Andina, Nuevo Progreso, El Arenal, Pueblo Nuevo, Francisco Morales Bermudez, Nuevo Bambamarca, Consuelo, La




Pucar, El Aliso, El Sauce, Pueblo Libre, Nuevo Eden, Perlamayo, Lanchepampa, El Ingenio, El Laurel y La Florida. Distrito Huasmin (17 localidades): Anexo Corredor, El Sauce, La Florida, Tres de Mayo, Chamana, Unin Colpacucho, Las Cales, Las Prudes, San Roque, Tayapampa, Tingo Bajo, El Toste, Mashacate, Cochabamba, La Fila-Coyporullona, Alto Vista Alegre y La Quinua. Distrito Jose Galvez (3 localidades): Lindero, Alpacocha y Huangapampa Viejo. Distrito Oxamarca (5 localidades): San Isidro, El Verde Alto, El Verde Bajo, Pajonal y Yanahuma. Distrito Sorochuco (2 localidades): Chacato y Surupata.

1.4.2 Condiciones Climatolgicas Las caractersticas climatolgicas en zonas similares al rea del proyecto registradas por el SENAMHI son las siguientes:

Cuadro N: 1 Condiciones Climatolgicas Zona Asuncin

Temperatura mxima media ( C ) 21,1 Temperatura media ( C ) 14,5 Temperatura mnima media ( C ) 9,2 Velocidad mxima del viento ( km/hr ) 28,8 Mxima velocidad del viento (segn CNE- km/hr ) 94

La altitud del rea del proyecto vara entre 2 190 y 3 830 m.s.n.m. La informacin registrada por el SENAMHI corresponde a las estaciones:

Cuadro N: 2 Estaciones Meteorolgicas N Estacin Dpto Provincia Distrito Longitud Latitud Altura(msnm) 1 Celendin/000371/DRE-03 Cajamarca Celendin Utco 78 07' "W" 06 51' "S" 2620

1.4.3 Vas de Acceso Principales Las vas de acceso principales al rea del proyecto son las siguientes: Va Terrestre: se cuenta con una ruta de acceso:

Carretera panamericana Lima-Trujillo-Pacasmayo. Carretera asfaltada Pacasmayo-Chilete-Cajamarca. Carretera afirmada Cajamarca-Encaada. Carretera afirmada La Encaada-Celendn.

Va Area: Se cuenta con vuelos Lima-Cajamarca. Estos vuelos son realizados por las empresas Lcbusner y Aerocondor.

En el plano GEN-04 se presenta los caminos de acceso al proyecto.

1.5 ALCANCES DE LA OBRA Comprender la elaboracin del estudio de ingeniera, replanteo topogrfico y ubicacin de estructuras, suministro, montaje y transporte de equipos y materiales de 143,11 km de lnea primaria, redes de distribucin primaria y secundaria para 101 localidades. Lneas Primarias : 143,11 Km

- Lnea Primaria 13,2 kV, 1-MRT, 1x35 mm AAAC : 80,15 km - Lnea Primaria 13,2 kV, 1-MRT, 1x70 mm AAAC : 21,85 km - Lnea Primaria 22,9 kV, 2, 2x35 mm AAAC : 16,08 km - Lnea Primaria 22,9 kV, 2, 2x70 mm AAAC : 6,14 km - Lnea Primaria 22,9 kV, 3, 3x50 mm AAAC : 10,73 km - Adecuacin L.P Cortegana 1 MRT - 13,2kV 1x35 mm2 AAAC :6,85km

a 3-22,9kV 3x50 mm AAAC. - Adecuacin L.P Jos Olaya 1 MRT - 13,2kV 1x25 mm2 AAAC :1,31km

a 3-22,9kV 3x50 mm AAAC. Redes Primarias en 13,2 kV, 1-MRT, 1x35mm AAAC de 101 localidades.




2.0 CONSIDERACIONES GENERALES 2.1 NORMAS APLICABLES

Las Normas principales que se han tomado en cuenta son las siguientes: Cdigo Nacional de Electricidad Suministros 2001. Ley de Concesiones Elctricas N 25844. Reglamento de la Ley de Concesiones Elctricas N 25844. RD-016-2003-EM/DGE: Especificaciones Tcnicas de Montaje de Lneas y Redes Primarias

para Electrificacin Rural. RD-017-2003-EM/DGE: Alumbrado de Vas Pblicas en reas Rurales. RD-018-2003-EM/DGE: Bases para el Diseo de LP y RR.PP. para Electrificacin Rural. RD-020-2003-EM/DGE: Especificaciones Tcnicas de Montaje de Redes Secundarias con

Conductor Autoportante para Electrificacin Rural. RD-023-2003 EM/DGE: Especificaciones Tcnicas de Soportes Normalizados para Lneas y

Redes Secundarias para Electrificacin Rural. RD-024-2003 EM/DGE: Especificaciones Tcnicas de Soportes Normalizados para Lneas y

Redes Primarias para Electrificacin Rural. RD-025-2003 EMDGE: Especificaciones Tcnicas para el Suministro de Materiales y Equipos

de Redes Secundarias para Electrificacin Rural. RD-026-2003-EM/DGE: Especificaciones Tcnicas para el Suministro de Materiales y Equipos

de Lneas y Redes Primarias para Electrificacin Rural. RD-031-2003-EM/DGE: Bases para el Diseo de Lneas y Redes Secundarias con

Conductores Autoportantes para Electrificacin Rural. Adicionalmente se consulta las siguientes normas internacionales: NESC (National Electrical Safety Code). RUS (Rural Utilities Service). U.S. Bureau of Reclamation - Standard Design. VDE 210 (Verband Deutscher Electrotechniker). IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). CIGRE (Conference International des Grands Resseaux Electriques). ANSI (American National Standard Institute). IEC (International Electrotecnical Comission).

2.2 CARACTERISTICAS TCNICAS DE LAS LNEAS Y REDES PRIMARIAS Teniendo en cuenta que la Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn tiene como puntos de alimentacin estructuras de las lneas primarias en 22,9/13,2 kV, se considera las siguientes caractersticas elctricas:

2.2.1 Caracteristicas del Equipamiento de Lneas y Redes primarias en 22,9/13,2kV Las lneas y redes primarias estarn compuestas por: Total de Lneas Primarias : 143,11 km

Lnea Primaria 13,2 kV, 1-MRT, 1x35 mm AAAC : 80,15 km Lnea Primaria 13,2 kV, 1-MRT, 1x70 mm AAAC : 21,85 km Lnea Primaria 22,9 kV, 2, 2x35 mm AAAC : 16,08 km Lnea Primaria 22,9 kV, 2, 2x70 mm AAAC : 6,14 km Lnea Primaria 22,9 kV, 3, 3x50 mm AAAC : 10,73 km Adecuacin L.P Cortegana 1 MRT - 13,2kV 1x35 mm2 AAAC :_6,85km

a 3-22,9kV 3x50 mm AAAC. Adecuacin L.P Jos Olaya 1 MRT - 13,2kV 1x25 mm2 AAAC :_1,31km

a 3-22,9kV 3x50 mm AAAC. Redes Primarias en 13,2 kV, 1-MRT, 1x35mm AAAC de 101 localidades.

Tensin nominal del sistema : 22,9/13,2 kV Configuracin : 1-MRT y 3 Tensin Mxima de Servicio : 25 kV (60 Hz) Factor de Potencia : 0,90 (atraso) Conexin del Neutro : Efectivamente puesto a tierra




Nivel isocerunico : 40 (segn mapa Isocerunico CIER) La distancia promedio entre estructuras (postes) para las lneas primarias es de 210 m, mientras que las redes primarias tendrn una separacin en promedio de 110 metros La franja de servidumbre ser de 11 m, segn la norma DGE-025-p1/1998, mientras que el equipamiento previsto para las lneas y redes primarias es el siguiente: Estructura: Monoposte, conformado por postes de madera importada de pino amarillo de 35-

C6 para los sistemas 1-MRT; y de madera importada de pino amarillo de 40-C6 para el sistema 3.

Cruceta: Madera tornillo tratado de 127mmx102mmx4,3m y 115mmx90mmx2,4m y 1,2 m. Conductores: Aleacin de aluminio 35 y 70 mm AAAC Aislador: Porcelana, tipo Pin Ansi 56-3 y suspensin polimrico. Seccionador fusible Tipo Cut Out, 27/38 kV, 150 kV-BIL, 100 A. Pararrayos Oxido Metlico 21 kV clase distribucin. Retenidas cable de acero SM de 10 mm, varilla de anclaje de 2,4 m x 16 mm, bloque de

anclaje de 0,4 x 0,4 x 0,15 m. Puesta a tierra compuesto por varilla de acero recubierto de cobre de 2,4 m x 16 mm ,

conductor bajada de Cu 16 mm. 2.2.2 Subestaciones de Distribucin

Transformadores de distribucin 1 13,32x2,5%/0,46-0,23 kV de 5,10, 15 y 25 kVA. Seccionador fusible de expulsin, tipo cut out, 27 kV, 170 kV-BIL, 100 A. Pararrayos de Oxido Metlico 21 kV clase distribucin, 10 kA. Tablero de distribucin para sistema 440/220 V. La estructura a utilizar en las subestaciones de distribucin ser monoposte, compuesta por un equipamiento similar al de las lneas y redes primarias descritas anteriormente. Puesta a Tierra: Se deber utilizar una puesta a tierra comn en la SED, para el pararrayos, el neutro de la RP y RS, y la carcasa del transformador. Compuesto por una varilla de acero recubierto de cobre de 2,4 m x 16 mm , conductor bajada de Cu desnudo de 16 mm que debe rellenarse con materiales de la zona, como tierra de cultivo, humus, y/o estiercol, con la finalidad de obtener bajos niveles de puesta a tierra. Donde el terreno tenga alta resistividad se deber emplear bentonita. La resistencia de puesta tierra en las subestaciones de distribucin, sin considerar la conexin del neutro de las redes secundarias, deber ser no mayor de 25 ohm. Los valores mximos de la Resistencia de Puesta Tierra en las subestaciones de distribucin, sin considerar la conexin del neutro de las redes secundarias, debern ser los sgtes:

Potencia del Transformador Resistencia 5 kVA 25 Ohm 10 kVA 25 Ohm

15 kVA 20 Ohm 25 kVA 15 Ohm

2.3 SELECCIN Y EQUIPAMIENTO PRINCIPAL 2.3.1 Postes y Crucetas

Se ha previsto la utilizacin de postes de madera importada de pino amarillo de 35-C6 para los sistemas 1-MRT; y de madera importada de pino amarillo de 40-C6 para el sistema 2 y 3 los cuales con las caractersticas mecnicas establecidas en las especificaciones tcnicas del proyecto. Las crucetas propuestas sern de madera con las dimensiones especificadas en el proyecto. Accesorios metlicos para postes y crucetas que se utilizarn en lneas y redes primarias son: pernos maquinados, perno-ojo, tuerca-ojo, perno tipo doble armado, espaciador para espigas de cabeza de poste, tubo espaciador, brazo angular, braquete angular, perno con horquilla, tirafondo y arandelas los cuales sern galvanizados en caliente para evitar la corrosin de estos materiales.

2.3.2 Conductor El conductor a utilizar es de aleacin de aluminio; y la seccin del conductor ha sido definida tomando en cuenta los siguientes aspectos: Corrientes de cortocircuito Esfuerzos mecnicos Capacidad de corriente en rgimen normal




Cada de tensin Los dos primeros factores han sido determinantes en la definicin de la seccin de 35 mm como la seccin mnima requerida para este proyecto. Los accesorios de los conductores que se utilizan en las lneas y redes primarias son: grapa de ngulos, grapa de anclaje, grapa de doble va, varilla de armar, manguito de empalme, manguito de reparacin, pasta para aplicacin de empalmes, amortiguadores de vibracin y alambre de amarre.

2.3.3 Aisladores Segn el anlisis de seleccin del aislamiento y sobre la base de los criterios normalizados por la DGER, para 22,9/13,2 kV, se utilizarn aisladores de porcelana de los tipos Pin 56-3 y aislador de suspensin polimrico. Los aisladores del tipo Pin se instalarn en estructuras de alineamiento y ngulos de 5-30, y los aisladores de suspensin en estructuras terminales, de retencin, y de ngulos de 30-60 y 60-90.

2.3.4 Retenidas y Anclajes Las retenidas y anclajes se instalarn en las estructuras de ngulo, terminal y retencin, con la finalidad de compensar las cargas mecnicas que las estructuras no puedan soportar. El ngulo que forma el cable de retenida con el eje del poste no deber ser menor de 37. Los clculos mecnicos de las estructuras y las retenidas se han efectuado considerando este ngulo mnimo. Valores menores producirn mayores cargas en las retenidas y transmitirn mayor carga de comprensin al poste. Las retenidas estarn compuestas por los siguientes elementos: Cable de acero grado SIEMENS MARTN de 10 mm de dimetro Varillas de anclaje con ojal-guardacabo Mordazas preformadas Perno con ojal-guardacabo para fijacin al poste Bloque de concreto armado.

2.3.5 Subestaciones y Tableros de Distribucin Las subestaciones de distribucin sern monofsicas 13,2/0,46-0,23 kV con transformadores de distribucin de 25, 15, 10 y 5 kVA de potencia y trifsica 22,9/0,38-0,20 kV con transformadores de distribucin de 75 y 100 kVA de potencia, segn la magnitud de las cargas elctricas de cada localidad, equipadas con seccionadores fusibles tipo distribucin, pararrayos, sistema de puesta a tierra y un tablero de distribucin para baja tensin. Los tableros de distribucin sern los adecuados y de acuerdo a la configuracin y potencia de cada subestacin (considerando la sobrecarga permisible. El equipamiento de los tableros es el siguiente:

Cuadro N: 3 Equipamiento de Tableros de Distribucin Interrup. Termomagntico (A) Transform. Contador de Energa

Transformador C-1 C-2 AP Corriente Totalizador AP

5 kVA-1 2x16 - 1x6 - 10 (40)A 2x220V 10 (40)A 10 kVA-1 2x32 - 1x6 - 10 (40)A 2x220V 10 (40)A 15 kVA-1 2x25 2x25 1x16 - 10 (60)A 2x220V 10 (40)A 25 kVA-1 2x40 2x40 1x16 - 15 (100)A 2x220V 10 (40)A

2.3.6 Puesta a Tierra Las puestas a tierra estarn conformadas por los siguientes elementos: Electrodo de acero recubierto de cobre de 2,4 m, 16 mm Conductor de cobre recocido para la bajada a tierra Accesorios de conexin y fijacin Tierra cernida o de cultivo. En Lneas y Redes Primarias

En la LP y RP se utilizan puestas a tierra en cada estructura tipo PAT-1C (con contrapeso circular).

Para las estructuras de seccionamiento se requiere una puesta a tierra tipo PAT-1, compuesto por una varilla de acero con recubrimiento de cobre de 2,4 m, 16 mm, conductor de cobre de 16 mm y conector de cobre; el valor de resistencia de puesta a tierra no ser mayor de 25.




Subestaciones de Distribucin: En las SED se contar con una puesta a tierra, seleccionada de acuerdo a su resistividad, del tipo PAT-3, la cual se conectar al borne del neutro de AT, al borne del neutro de BT y la carcasa. Los electrodos sern de 2,4 m y 16 mm, y el conductor de bajada de cobre ser de 16 mm, los pozos de puesta a tierra llevarn caja registro de concreto y la conexin varilla 16mm y conductor de Cu 16 mm ser con conexin termo-soldada.

2.3.7 Material de Ferreteria Todos los elementos de hierro y acero, tales como pernos, abrazaderas y accesorios de aisladores, ser galvanizado en caliente a fin de protegerlos contra la corrosin. Las caractersticas mecnicas de estos elementos han sido definidas sobre la base de las cargas a las que estarn sometidas.

3.0 ESTUDIO DE MERCADO ELCTRICO 3.1 GENERALIDADES

El estudio de mercado elctrico tiene por objetivo cuantificar la demanda de potencia y energa elctrica de las localidades pertenecientes al Proyecto de Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn, que permitir definir la calificacin elctrica y el dimensionamiento de las redes secundarias, redes primarias y lneas primarias para un horizonte de 20 aos. Teniendo en consideracin las caractersticas propias de cada localidad respecto a la ubicacin geogrfica, forma de vida, densidad y crecimiento poblacional, actividades socioeconmicas, a su infraestructura existente y proyectado, sus recursos naturales, su demanda para fines productivos artesanales, proyectos de desarrollo, etc.; se realiza la evaluacin especfica de su potencial de desarrollo y su futura demanda de energa y potencia para su posterior electrificacin. La estimacin de la mxima demanda de potencia y de energa elctrica en el rea de estudio, se realiz identificando en forma previa las localidades: sus nombres, categora poltica, ubicacin, poblacin y nmero de viviendas; as como los diferentes tipos de cargas especiales. El anlisis se realiza definiendo el Consumo Unitario de energa para cada tipo de carga, por sectores: domstico, comercial, industrial, uso general, etc. Para el anlisis se efectu la clasificacin de las localidades en dos tipos: I y II. La proyeccin de la mxima demanda se realiza ao por ao, en base a factores de carga adecuados y coeficientes de electrificacin aceptables para el diseo de las redes secundarias, asi como los radios de accin de los transformadores de distribucin con el grado de dispersin de las viviendas y las condiciones socioeconmicas de la zona del proyecto. Para el estudio de la demanda se asume las siguientes premisas: El suministro de energa ser continuo y confiable, sin restricciones de orden tcnico (calidad

de servicio) y con ptimos niveles de tensin (calidad de producto), y a costo razonable, de tal manera que cubra la demanda de cada localidad.

En el anlisis se consideran todas las localidades ubicadas en el rea de influencia del proyecto, cuya determinacin se efectu previo reconocimiento y evaluacin de la zona geogrfica presentada en los Trminos de Referencia.

Se realiza la proyeccin de la demanda de potencia y energa para las localidades del proyecto, para el resto de localidades tales como; localidades con servicio elctrico, localidades en ejecucin de obras o futuras, solo se proyecta la demanda de potencia.

Como localidad futura solo se considera localidades superiores a 10 viviendas, las mismas que se proyectan con el mismo criterio de las localidades del proyecto.

El anlisis y definicin del sistema elctrico considera las cargas existentes, en proyecto y de futuras etapas.

3.2 HORIZONTE DE EVALUACIN El horizonte de evaluacin del proyecto es de 20 aos, tal y como esta definido en los trminos de referencia de el cual a la letra menciona lo siguiente: El Horizonte de evaluacin de proyectos de electrificacin rural estar definido por el tiempo transcurrido desde el inicio del estudio hasta un horizonte temporal de veinte (20) aos luego de concluida la puesta en marcha y operacin experimental del proyecto

3.3 ANLISIS DE LA DEMANDA 3.3.1 Base de Datos Utilizada (Encuestas de Mercado Elctrico)

Las encuestas de mercado elctrico tienen como finalidad obtener informacin social y econmica de las localidades para ser utilizadas en los estudios de mercado elctrico e impacto ambiental. Entre los principales datos recopilados tenemos: categora del centro poblado, nmero de viviendas, nmero de viviendas electrificables, poblacin, actividades econmicas, cargas especiales, principales




cultivos y servicios con los que cuentan. Las encuestas de campo han sido efectuadas en el perfil integrado para todas las localidades consideradas en el proyecto, las cuales se han actualizado con el nmero final de lotes electrificables obtenidos en los diseos de RS.

3.3.2 Consumos de Energa en Zonas Similares al Proyecto Se han obtenido los consumos unitarios de energa de las localidades que presentan un nivel de desarrollo socio-econmico similar a las localidades que forman parte del presente proyecto con informacin proporcionada por Hidrandina cuyo resumen se presenta en el cuadro siguiente:

Cuadro N: 4 Resumen Registros Histricos de Consumos Unitarios Localidad Sist Elctrico Tipo 2005 2006 2007

Celendn Celendn I 27,4 27,4 Cutervo Cutervo I 27,5 28,4 28,4 San Miguel Chilete I 18,23 20,6 21,9 Cajabamba Cajabamba I 25,3 29,9 30,2 Jos Glvez Celendn II 17,5 16,4 Oxamarca Celendn II 7,9 8,2 Marcabal Cajabamba II 12,5 14,1 13,8 Tantarrica Chilete II 15,8 16,6 17,5 Cospan Cajamarca II 6,8 9,8 10,5 La Libertad de Palln Celendn II 6,4 6,5 7,4

Ver detalle en Anexo 7.1.1 3.3.3 Metodologa para la Proyeccin de la Demanda

La metodologa utilizada para la proyeccin del consumo de energa y de la mxima demanda, con ligeras variantes es la recomendada por la Ex-Oficina de Cooperacin Energtica Peruano-Alemana, que analiz diversos mtodos de proyeccin, y determin que para el caso de Pequeos y Medianos Centros Poblados, la metodologa mas adecuada es aquella que se basa en el establecimiento de una relacin funcional creciente entre el consumo de energa por abonado domstico (kWh/Abon) y el nmero de abonados para cada ao. Esta relacin considera que la expansin urbana a consecuencia del crecimiento poblacional est ntimamente vinculada con el desarrollo de actividades productivas que conducen a mejorar los niveles de ingreso y por consecuencia, el crecimiento per cpita del consumo de energa elctrica. A continuacin, se describe secuencialmente los clculos que efecta el programa de proyeccin de la demanda de localidades: Nmero de Habitantes y Abonados Domsticos: Se proyecta el nmero de habitantes para

cada centro poblado con su respectiva tasa de crecimiento, para un horizonte de 20 aos; y El nmero de abonados domsticos se obtiene de la multiplicacin del nmero de viviendas totales y el coeficiente de electrificacin.

Consumo domstico: Para determinar los consumos unitarios domsticos (kWh-mes) por tipo de localidad, se promedio los consumos unitarios mensuales (kWh-mes) de los 5 aos para las localidades tipo I y II los cuales fueron definidos en funcin a la cantidad de usuarios.

Nmero de abonados comerciales: La relacin entre abonados domsticos y comerciales se determina de los datos obtenidos en campo.

Factor de Carga: Se determinaron los factores de carga con datos histricos de mxima demanda de potencia y energa de un da tpico de localidades similares.

Coeficiente de Electrificacin: El coeficiente de electrificacin es la relacin entre el nmero de abonados domsticos y el nmero de abonados totales factibles de electrificar.

Consumo comercial: Se determina a partir del consumo unitario del sector domstico (CUC/CUD), asumiendo un porcentaje adicional al consumo unitario domstico; se tiene que para las localidades del tipo I la relacin CUC/CUD sea de 1,10 y para las localidades del tipo II la relacin CUC/CUD sea de 1,05.

Consumo por cargas industriales menores: Es el consumo debido a la existencia de pequeas industrias, tales como talleres de soldadura, pequeos aserraderos, carpinteras, manufactura, artesana, destilera, etc

Consumo por cargas de uso general: Es el consumo debido a la existencia de cargas de uso general que estn conformadas por escuelas, colegios, iglesias, locales comunales, municipalidades, postas mdicas, etc

Consumo por cargas de alumbrado pblico: Para la determinacin del consumo de alumbrado pblico se ha aplicado la Norma DGE Alumbrado de Vas Publicas en reas Rurales segn RD N 017-2003-EM, el cual rige desde el 01 de abril del 2004.




Consumo Neto por Localidad: Es la sumatoria de los consumos de cada uno de los sectores descritos anteriormente (consumo comercial, consumo por cargas industriales menores, consumos por cargas de uso general y consumos de cargas de alumbrado pblico).

Consumo Bruto Total: Se obtiene de sumar el consumo neto y las prdidas tcnicas y comerciales en distribucin que se estiman en 8 % de la energa neta.

Demanda Mxima de Potencia: Es la que se obtiene de dividir el consumo bruto total (kWh-ao) sobre las horas de utilizacin.

Para efectuar la proyeccin de demanda se tuvieron en cuenta los siguientes indicadores de mercado elctrico; los cuales se presentan a continuacin.

Cuadro N: 5 Resumen de Indicadores de Mercado Descripcin Tipo I Tipo II

% Tasa de Crecimiento (1) (1) Coeficiente de Electrificacin (1) (1) Consumo Unitario Inicial Domstico Mensual (kWh.-mes) 24,9 15,2 Consumo Unitario Inicial Domstico Anual (kWh.-ao) 298,8 182,4 Consumo Unitario Final Domstico Mensual (kWh.-mes) 36,4 21,3 Consumo Unitario Final Domstico Anual (kWh.-ao) 437,2 255,0 Tasa de Crecimiento del Consumo Unitario de Energa (%) 2,02% 1,78%# Abon. Com./ # Abon. Domes. (1) (1) CUC / CUD 1,10 1,05 % Alumbrado pblico (1) (1) % Consumo Industrial (1) (1) % Consumo Uso General (1) (1) % Prdidas de distribucin (Incluye prdidas de RP, RS, acometidas acometidas comerciales) 8 8 fc A.P. 0,500 0,500 fc C.D. 0,293 0,210 fc C.C. 0,303 0,220 fc E.B. 0,298 0,215 Horas de Utilizacin de Alumbrado Pblico (Ao Inicial y final) 4 380 4 380 Horas de Utilizacin de Alumbrado Pblico (Ao Final) 4 380 4 380 Horas de Utilizacin del Consumo Domstico (Ao Inicial) 2 567 1 842 Horas de Utilizacin del Consumo Domstico (Ao Final) 2 767 2 002 Horas de Utilizacin del Consumo Comercial (Ao Inicial) 2 654 1 930 Horas de Utilizacin del Consumo Comercial (Ao Final) 2 894 2 130 Horas de Utilizacin de la Energa Bsica (Ao Inicial) 2 611 1 886 Horas de Utilizacin de la Energa Bsica (Ao Final) 2 831 2 066 Incremento H.U.C.D. 10 8 Incremento H.U.C.C. 12 10 Incremento H.U.E.B. 11 9

Notas: (1) El Coeficiente de Electrificacin, Tasa de Crecimiento Poblacional y los porcentajes de consumos son variables por localidad.

3.4 PROYECCIN DE MXIMA DEMANDA DE POTENCIA DE LAS LOCALIDADES PROYECTADAS Es la que se obtiene de dividir el consumo bruto total (kWh-ao) sobre las horas de utilizacin. A continuacin se muestra el cuadro resumen de la Proyeccin de la demanda mxima de potencia.

Cuadro N: 6 Resumen de la Proyeccin de la Mxima Demanda de Potencia Localidad 2 011 2 015 2 020 2 025 2 030

Total Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn 497 553 634 725 829 El detalle de la proyeccin se muestra en el Anexo N 7.1.4

3.4.1 Calificacin Elctrica La calificacin elctrica se obtiene de la relacin entre la mxima demanda de potencia y el nmero de abonados domsticos, cuyos valores se muestran a continuacin:




Localidades tipo I: Para este tipo de localidades se ha considerado una calificacin elctrica de 400 W/lote.

Localidades tipo II: Para este tipo de localidades se ha considerado una calificacin elctrica de 350 W/lote.

Para el alumbrado pblico se ha considerado el uso de lmpara de vapor de sodio de 50 W, adicionalmente, se ha considerado las prdidas en los equipos auxiliares de 10,0 W, por lo tanto la potencia asignada a cada punto de iluminacin es de 0,06 kW.

3.4.2 Proyeccin de la Demanda de las Instalaciones Existentes y Futuras Para la proyeccin de la demanda de instalaciones existentes y futuras se sigui el siguiente procedimiento: Proyeccin de la Demanda - Instalaciones Existentes: Se toma como informacin la fuente

suministrada por Hidrandina de todos los sistemas en media tensin dentro del rea de influencia, y los datos tomados en campo, con el siguiente procedimiento: Se toma como demanda inicial la demanda mxima leda en el medidor del circuito,

dicha demanda se prorratea en forma proporcional a la potencia instalada en kVA de cada localidad.

La demanda por localidad existente se proyecta linealmente a una tasa de 1.5 %. Proyeccin de la Demanda - Localidades Futuras: Las localidades futuras son las que se

encuentran en evaluacin por el SNIP, o las priorizadas para una posterior etapa, estas localidades se proyectan usando los mismos criterios de proyeccin de la demanda de las localidades del proyecto.

Ver detalles de estudio de mercado en los Anexos N 7.1.3, 7.1.4, 7.1.5, 7.1.6.

3.5 ANLISIS DE DEMANDA Y OFERTA DE ENERGA ELCTRICA 3.5.1 Anlisis de la Oferta

La oferta disponible considerada para nuestro proyecto es proporcionada por las siguientes instalaciones: SE Celendn 60/22,9 kV-7/9 MVA (ONAN-ONAF). M.C.H. Cantange 1 560kW, con una potencia efectiva 1 460kW.

3.5.2 Balance de Oferta y Demanda Se efecta el Balance Oferta / Demanda con la demanda actual y proyectada del Proyecto de Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn:

Cuadro N: 7 Resumen del Balance Oferta-Demanda DESCRIPCIN 2 011 2 015 2 020 2 025 2 030

S.E. Celendn 60/22,9 kV; 7-9 MVA 6300 6300 6300 6300 6300 C.H. Cantange - 1560 kW 1 560 1 560 1 560 1 560 1 560 Total de Oferta - kW - Avenida 7 860 7 860 7 860 7 860 7 860 S.E. Celendn 60/22,9 kV; 7-9 MVA 6 300 6 300 6 300 6 300 6 300 C.H. Cantange 1560kW 1 460 1 460 1 460 1 460 1 460

Oferta

Total de Oferta - kW - Estiaje 7 760 7 760 7 760 7 760 7 760 SER Celendn I, II y III Etapa Existente (1) 1 700 1 804 1 944 2 094 2 256 SER Celendn IV Etapa - Pafe III (2) 1 223 1 456 1 654 1 824 2 015 Fondos Concursables DGER/MEM (3) 251 267 289 312 338 Proy. Asociacion los Andes de Cajamarca-ALAC (4) 136 144 156 169 183 Localidades con SNIP (5) 12 13 14 15 16 Proyecto Electrificacin de Celendn (6) 497 553 634 725 829 Localidades Futuras (7) - 325 363 406 454 Cargas Especiales (8) 65 65 65 65 65

Demanda

Total Demanda del SER Celendn - 22,9kV (kW) 3883 4628 5119 5610 6155

Balance Oferta-Demanda-kW-Barra 22,9 kV-Aven. 3977 3232 2741 2250 1705 Balance Balance Oferta-Demanda-kW -Barra 22,9 kV-Estia. 3877 3132 2641 2150 1605 Notas: (1) Localidades con servicio elctrico, de la I, II y III Etapa del SER Celendn (104Loc.) (2) Localidades del proyecto PAFE III del SER Celendn, con estudios concluidos y financiamiento del GRC y japons, prximo a licitarse por el Gobierno Regional de Cajamarca (135Loc) (3) Localidades con Fondos Concursables (48Loc.). (4) Localidades del Proyecto de la Asociacin de los Andes de Cajamarca-ALAC (36Loc.). (5) Localidades que cuenta con el SNIP N 78693




(6) Localidades del proyecto de Electrificacin de la provincia de Celendn (101 localidades) (7) Localidades Futuras (77Loc.) (8) Cargas Especiales, incluyen molinos, aserradores y las plantas de enfriamiento de Leche Gloria y Nestle, demanda coincidente con las horas de punta (PAFE III-Celendn). Del cuadro precedente se concluye que la oferta est garantizada por la Subestacin Celendn y la M.C.H. Cantange, en todo el horizonte del proyecto, 20 aos, tal y como se detalla en el Anexo N 7.1.7.

4.0 CLCULOS ELCTRICOS DE LA LNEA Y RED PRIMARIA 4.1 INTRODUCCIN

El presente capitulo muestra los clculos elctricos que incluye lo siguiente: Configuracin Elctrica del Proyecto de Electrificacin en la Provincia de Celendn. Determinacin del nivel de aislamiento Estudio de la coordinacin de aislamiento Estudio de la coordinacin de la proteccin El clculo, diseo y configuracin del sistema de puesta a tierra Seleccin de la capacidad de los transformadores de distribucin Todos estos clculos se detallarn ms adelante en el presente capitulo, teniendo como base la alternativa seleccionada en el anlisis del sistema elctrico.

4.2 CARACTERSTICAS ELCTRICAS DEL SISTEMA Para efectos del diseo elctrico de lneas y redes primarias se tendrn en cuenta las siguientes caractersticas: Sistema Efectivamente Puesto a Tierra Tensin Nominal de la Red : 22,9/13,2 kV Tensin Mxima de Servicio : 25,0 kV Frecuencia Nominal : 60 Hz Factor de Potencia : 0,90 (atraso) Conexin del Neutro : Efectivamente puesto a tierra

4.3 PARMETROS DE LOS CONDUCTORES 4.3.1 Resistencia Elctrica

La resistencia de los conductores a la temperatura de operacin se calcular mediante la siguiente frmula. R1 = R20 [1 + 0,0036 (t - 20)] Donde: R20 = Resistencia del conductor en c.c. a 20C, en ohm/km t = 20C t = Temperatura mxima de operacin, en C

4.3.2 Reactancia Inductiva La reactancia inductiva para sistema trifsico equilibrado es: XL = 377 (0,5 + 4,6 Log (DMG/r) x 10-4, en Ohm/km DMG = Distancia Media Geomtrica, igual a 1,20 m r = radio del conductor, en metros La reactancia inductiva equivalente para sistemas monofsicos con retorno total por tierra. XLT = 0,1734 log(De/Ds), en Ohm/km De = 85 - Dimetro equivalente, en metros Ds = Radio equivalente del conductor, e igual a 2,117 r para conductor de 7 alambres = Resistividad elctrica del terreno, se considera 250 Ohm-m r = Radio del alambre del conductor, en metros

4.4 ANLISIS DEL SISTEMA ELCTRICO 4.4.1 Objetivo

El objetivo del presente Anlisis del Sistema Elctrico es el siguiente:




Anlisis de la configuracin ptima del sistema elctrico de distribucin en el corto (5 aos), mediano (10 aos) y largo plazo (20 aos).

Optimizacin de la regulacin de tensin (calidad de producto: V 6%), y de las prdidas de potencia y energa.

4.4.2 Criterios utilizados en el Anlisis del Sistema Elctrico Los criterios considerados en el anlisis del sistema elctrico, que permiten cumplir con los objetivos planteados en el punto anterior, son los siguientes: La potencia en 22,9 kV de la SE Celendn es 7/9 MVA. Se utiliz informacin de Hidrandina para los circuitos existentes en 22,9 kV (distancias, tipo de

sistema, seccin de conductores y demandas). Se proyect las demandas actuales a una tasa de crecimiento anual entre 1,2% y 1,8% para

localidades tipo I y entre 0,6% y 1,2% para localidades tipo II, obtenido de los registros histricos proporcionados por Hidrandina.

Se utiliz los resultados de la proyeccin de la demanda determinadas en el tem N 3. El factor de potencia de las localidades es de 0,9. Se ha definido como seccin mnima a utilizar 35 mm AAAC. Cumplimiento de la Norma Tcnica de Calidad de Sistemas Elctricos Rurales NTCSER,

referida a la calidad de producto (V 6%) y calidad de suministro, garantizando la confiabilidad del sistema elctrico an en casos de contigencia.

Reforzamiento de 13,47 km de lnea existente los cuales debern pasar de 13,2kV a 22,9kV, y realizar los cambios que se requieran en crucetas, aisladores, conductores, ferreteras, etc.

4.4.3 Anlisis del Sistema Elctrico Para el anlisis del Sistema Elctrico se ha realizado el clculo elctrico utilizando el mtodo de cada de tensin, empleando el Programa Computacional llamado PSECAD V. 1.2.05 siguiendo la secuencia que se indica: Preparacin del diagrama de carga. Clculo de los parmetros de lneas. Preparacin de la base de datos. Corrida del programa. Impresin de resultados.

4.4.4 Determinacin de la Configuracin Elctrica Para la configuracin elctrica del Proyecto de Elecctrificacin Rural en el Distrito de Celendn, se plantea que las 101 localidades beneficiadas sern conectadas de la SE Celendn 60/22,9 kV 7/9MVA, con energa del Sistema Elctrico Interconectado Nacional SEIN y la C.H.Cantange 2x710kVA (1 460kW pot. Efectiva), y el reforzamiento de 8,16km de lneas existentes: Total de Lneas Primarias : 143,11 km Lnea Primaria 13,2 kV, 1-MRT, 1x35 mm AAAC : 80,15 km Lnea Primaria 13,2 kV, 1-MRT, 1x70 mm AAAC : 21,85 km Lnea Primaria 22,9 kV, 2, 2x35 mm AAAC : 16,08 km Lnea Primaria 22,9 kV, 2, 2x70 mm AAAC : 6,14 km Lnea Primaria 22,9 kV, 3, 3x50 mm AAAC : 10,73 km Adecuaciones de Instalaciones Existentes : 8,16 km

4.4.5 Balance de Cargas El balance de cargas entre fases se ha efectuado tratando que el sistema elctrico sea un sistema trifsico balanceado (Ver detalle en el Anexo N 7.2.3).

4.4.6 Anlisis de Regulacin de Tensin y Prdidas Las frmulas a aplicar en el clculo de cada de tensin en las lneas primarias son: Sistemas Trifsicos: V % = PL(r1 + X1 tg )/(10VL2) V % = K1 PL ; K1 = (r1 + X1 tg )/(10 VL2) Sistemas Monofsicos con Retorno Total por Tierra - MRT V % = PL (r1 + Xt tg )/(10Vf2) V % = Kt PL ; Kt = (r1 + Xt tg ) /(10 Vf2)




Donde: V %= Cada porcentual de tensin. P = Potencia, en kW L = Longitud del tramo de lnea, en km VL = Tensin entre fases, en kV Vf = Tensin de fase - neutro, en kV r1 = Resistencia del conductor, en ohm/km X1 = Reactancia inductiva para sistemas trifsicos en ohm/km Xt = Reactancia inductiva para sistema con retorno total por tierra - MRT = Angulo de factor de potencia K = Factor de cada de tensin Considerando que se parte desde la barra en 22,9kV de la SS.EE. Celendin 60/22,9kV 7-9MVA (Onan Onaf) con una tensin de 23,816 kV (1,04 p.u.), se realiz el siguiente anlisis: Para el ao 20 (2030) la cada de tensin del Proyecto de Electrificacin Rural en la Provincia

de Celendn se presenta en la localidad ms alejada de Nuevo Celendn, la cual es de 5.67%. La lnea existente Bella Aurora-Cortegana deber pasar de 1-MRT 13,2kV - 1x35 mm2

AAAC a 3 22,9kV - 3x50mm2 -6,85km. se desmontarn todas las estructuras existentes y se implementarn postes, crucetas, aisladores, conductores, ferreteras, etc.

La lnea existente Jos Glvez deber pasar de 1-MRT 13,2kV - 1x35 mm2 AAAC a 3 22,9kV - 3x50mm2 -1,31km. se desmontarn todas las estructuras existentes y se implementarn postes, crucetas, aisladores, conductores, ferreteras, etc.

Los resultados de la regulacin de tensin muestran que el sistema elctrico no presenta problemas de regulacin de tensin durante todo el horizonte de anlisis, tal como se detalla en el Anexo N 7.2.1 y cuyo resumen es el siguiente (Ver Detalle de Diagramas de Anlisis de Flujo de Potencia en el Anexo N 7.2.2):

Cuadro N: 8 Resumen de la Regulacin de Tensin y Prdidas 2011 2020 2025 2030

Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de

Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Nodo

kV (pu) (%) kV (pu) (%) kV (pu) (%) kV (pu) (%) SUBESTACIN CELENDN

SE Celendn 23,8 1,040 -0,04% 23,82 1,040 -0,04% 23,8 1,040 -0,04% 23,8 1,040 -0,04% 22 de Mayo 13,6 1,027 -2,33% 13,5 1,023 -2,33% 13,5 1,022 -2,19% 13,5 1,021 -2,05% Alto Vista Alegre 13,4 1,011 -0,05% 13,2 1,000 -0,05% 13,2 0,996 0,37% 13,1 0,991 0,89% Andamachay 13,0 0,981 3,52% 12,8 0,965 3,52% 12,6 0,956 4,40% 12,5 0,946 5,41% Bajo Huaiambra 13,7 1,039 -3,84% 13,7 1,038 -3,84% 13,7 1,038 -3,82% 13,7 1,038 -3,80% Buena Vista 13,1 0,992 2,13% 12,9 0,979 2,13% 12,8 0,972 2,81% 12,7 0,964 3,60% Chamana 13,5 1,021 -1,44% 13,4 1,014 -1,44% 13,4 1,012 -1,19% 13,3 1,009 -0,89% Chimuch 13,0 0,984 3,19% 12,8 0,968 3,19% 12,7 0,960 4,04% 12,6 0,950 5,00% Chupica 13,0 0,983 3,25% 12,8 0,967 3,25% 12,7 0,959 4,11% 12,5 0,949 5,09% Consuelo 22,5 0,981 3,57% 22,1 0,964 3,57% 21,9 0,955 4,48% 21,6 0,945 5,49% Cristo Rey 13,1 0,991 2,25% 12,9 0,978 2,25% 12,8 0,971 2,94% 12,7 0,963 3,73% El Aliso 13,0 0,980 3,59% 12,7 0,964 3,59% 12,6 0,955 4,50% 12,5 0,945 5,51% El Ingenio 22,5 0,984 3,19% 22,2 0,968 3,19% 22,0 0,960 4,04% 21,8 0,950 5,01% El Laurel 22,5 0,981 3,57% 22,1 0,964 3,57% 21,9 0,955 4,48% 21,6 0,945 5,50% El Sauce 13,0 0,980 3,60% 12,7 0,964 3,60% 12,6 0,955 4,51% 12,5 0,945 5,53% El Tinguito 13,7 1,035 -3,29% 13,7 1,033 -3,29% 13,6 1,032 -3,22% 13,6 1,031 -3,14% El Toste 13,6 1,028 -2,36% 13,5 1,024 -2,36% 13,5 1,022 -2,20% 13,5 1,020 -2,00% La Florida de cortagena 13,0 0,982 3,43% 12,8 0,966 3,43% 12,7 0,957 4,31% 12,5 0,947 5,33% La Pucar 13,0 0,981 3,57% 12,7 0,964 3,57% 12,6 0,955 4,48% 12,5 0,945 5,49% La Unin de Cortagena 22,5 0,983 3,24% 22,2 0,968 3,24% 22,0 0,959 4,10% 21,7 0,949 5,07% Las Cales 13,4 1,017 -0,94% 13,3 1,009 -0,94% 13,3 1,006 -0,63% 13,3 1,002 -0,24% Las Prudes 23,5 1,027 -2,29% 23,4 1,023 -2,29% 23,4 1,021 -2,11% 23,3 1,019 -1,90% Libertad Villanueva 13,0 0,983 3,31% 12,8 0,967 3,31% 12,7 0,958 4,17% 12,5 0,948 5,16% Lindero 23,7 1,035 -3,38% 23,7 1,034 -3,38% 23,7 1,033 -3,33% 23,6 1,032 -3,24% Miguel Grau 13,0 0,979 3,69% 12,7 0,963 3,69% 12,6 0,954 4,60% 12,5 0,944 5,63% Miraflores de Cortagena 13,0 0,987 2,78% 12,9 0,972 2,78% 12,7 0,964 3,57% 12,6 0,955 4,47%




2011 2020 2025 2030

Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de Cada de

Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Tensin Nodo

kV (pu) (%) kV (pu) (%) kV (pu) (%) kV (pu) (%) Miraflores de Vigaspampa 13,6 1,031 -2,84% 13,6 1,028 -2,84% 13,6 1,027 -2,74% 13,6 1,026 -2,60% Nuevo Bambamarca 13,0 0,983 3,21% 12,8 0,968 3,21% 12,7 0,959 4,06% 12,6 0,950 5,03% Nuevo Celendn 12,9 0,979 3,72% 12,7 0,963 3,72% 12,6 0,954 4,64% 12,5 0,943 5,67% Nuevo Chupica 13,1 0,991 2,23% 12,9 0,978 2,23% 12,8 0,971 2,92% 12,7 0,963 3,71% Nuevo Edn 12,9 0,979 3,70% 12,7 0,963 3,70% 12,6 0,954 4,62% 12,5 0,944 5,64% Nuevo Progreso 13,0 0,984 3,17% 12,8 0,968 3,17% 12,7 0,960 4,02% 12,6 0,950 4,98% Palma Andina 22,5 0,982 3,46% 22,1 0,965 3,46% 21,9 0,956 4,36% 21,7 0,946 5,38% Pueblo Libre 22,5 0,981 3,58% 22,1 0,964 3,58% 21,9 0,955 4,49% 21,6 0,945 5,50% Pueblo Nuevo 13,0 0,984 3,19% 12,8 0,968 3,19% 12,7 0,960 4,04% 12,6 0,950 5,01% Queruaysana 13,7 1,035 -3,40% 13,7 1,034 -3,40% 13,7 1,033 -3,35% 13,7 1,033 -3,28% San Agustn 13,4 1,013 -0,42% 13,3 1,004 -0,42% 13,2 1,001 -0,08% 13,2 0,997 0,33% San Antonio 13,0 0,982 3,35% 12,8 0,967 3,35% 12,7 0,958 4,21% 12,5 0,948 5,20% San Isidro-La Ramada 13,0 0,983 3,32% 12,8 0,967 3,32% 12,7 0,958 4,18% 12,5 0,948 5,16% San Miguel 22,5 0,983 3,26% 22,2 0,967 3,26% 22,0 0,959 4,12% 21,7 0,949 5,11% Santa Clara de Cortegana 13,0 0,984 3,16% 12,8 0,968 3,16% 12,7 0,960 4,00% 12,6 0,950 4,97% Santa Cruz 22,5 0,984 3,11% 22,2 0,969 3,11% 22,0 0,961 3,95% 21,8 0,951 4,91% Surupata 23,4 1,024 -1,76% 23,3 1,018 -1,76% 23,3 1,015 -1,53% 23,2 1,013 -1,26% Tayapampa 13,5 1,021 -1,47% 13,4 1,015 -1,47% 13,4 1,012 -1,22% 13,3 1,009 -0,91% Tres de Octubre 13,1 0,991 2,20% 12,9 0,978 2,20% 12,8 0,971 2,88% 12,7 0,963 3,67% Tres Lagunitas 13,0 0,981 3,45% 12,8 0,966 3,45% 12,7 0,957 4,32% 12,5 0,947 5,32% Villanueva 13,0 0,982 3,35% 12,8 0,967 3,35% 12,7 0,958 4,21% 12,5 0,948 5,20% Vista Alegre de Celendn 13,7 1,035 -3,27% 13,7 1,033 -3,27% 13,6 1,032 -3,21% 13,6 1,031 -3,12% Vista Alegre de Cortagena 22,5 0,982 3,41% 22,1 0,966 3,41% 21,9 0,957 4,29% 21,7 0,947 5,30% Yagen 22,5 0,981 3,51% 22,1 0,965 3,51% 21,9 0,956 4,41% 21,7 0,946 5,44% Yanahuma 13,5 1,018 -1,07% 13,4 1,011 -1,07% 13,3 1,008 -0,79% 13,3 1,005 -0,48%

SUBESTACIN CELENDN Prdidas de Pot. Totales - kW 88,1 150,5 183,4 226,0

Prdidas de Pot. Totales - % 2,3% 2,9% 3,3% 3,7%

4.4.7 Conclusiones

El Proyecto de Electrificacin Rural en el Distrito de Celendn opera satisfactoriamente en los 20 aos de anlisis.

La SE Celendn 60/22,9 kV de 7/9 MVA, est prevista para que trabaje en con una sobretensin del 4%, sin sobrecarga en ningn ao del horizonte de evaluacin.

Se considera asimismo la operacin de la CH Cantage 1 560 kW, en horas punta y fuera de punta, tampoco se requiere un afianzamiento o ampliacin de la central.

La lnea existente Bella Aurora-Cortegana deber pasar de 1 -MRT 13,2kV - 1x35 mm2 AAAC a 3 22,9kV - 3x50mm2 -6,85km. se desmontarn todas las estructuras existentes y se implementarn postes, crucetas, aisladores, conductores, ferreteras, etc.

La lnea existente Jos Glvez deber pasar de 1-MRT 13,2kV - 1x35 mm2 AAAC a 3 22,9kV - 3x50mm2 -1,31km. se desmontarn todas las estructuras existentes y se implementarn postes, crucetas, aisladores, conductores, ferreteras, etc.

Para el ao 20(2030) la cada de tensin del SER Celendn se presenta en la localidad ms alejada de Nuevo Celendn, la cual es de 5.67%, cumpliendo la NTCSER.

Las perdidas de potencia del proyecto para el ao inicial son de 88,1kW (2,3%) y para el ao final de 226kW (3,7%).

4.5 CORRIENTES DE CORTOCIRCUITO Y COORDINACIN DE LA PROTECCIN 4.5.1 Clculo de Corrientes de Cortocircuito

El clculo de cortocircuito-cc tiene por objetivo determinar la capacidad de interrupcin de los equipos de proteccin del sistema elctrico (recloser y seccionadores-fusible), y realizar la coordinacin de la proteccin entre los equipos.




Los tipos de fallas considerados para el presente estudio son monofsicas, cuyo clculo se elabor con el programa DigSilent Powerfactory 13.2.326, para el sistema elctrico, obtenindose los siguientes resultados de cc en los puntos donde se instalan los seccionadores-fusible:

Cuadro N: 9 Corrientes de Cortocircuito Monofsicas Corriente Mnima

Corriente Mxima N

Fusible Ubicacin (Vertice)-

Inicio

Ubicacin (Vertice)-

Fin Derivacin I cc1

(kA) I cc1 (kA)

F-1 PL-4 MS-F Musadn 0.137 0.216 F-2 PL-2 ETR-F El triunfo 0.148 0.234 F-3 PL-0 PL-F Pueblo Libre 0.137 0.242 F-4 YG-0 AND-F Andamachay 0.148 0.249 F-5 YG-0 YG-F Yagen 0.143 0.249 F-6 LQ-0 LQ-F La Quinua 0.165 0.266 F-7 PRL-0 PRL-F Perlamayo 0.169 0.280 F-8 RB-F CR-F Cristo Rey 0.153 0.251 F-10 CG-0 CG-F Cashaconga Bajo 0.279 0.737 F-11 AD-0 AD-F Agua Dulce 0.242 0.602 F-12 TM-0 TM-F Tres de Mayo 0.248 0.604 F-13 CC-0 CC-F Cocabamba 0.269 0.643 F-14 VA-0 VA-F Vista Alegre 0.283 0.807 F-15 CHR-F ALF-F Alfrojacocha 0.207 0.398 F-16 HN-0 HN-F Bajo Huaiamba 0.290 0.807 F-17 ALP-0 ALP-F Alpacocha 0.262 0.640 F-18 YNH-0 YNH-F Yanahuma 0.195 0.374

4.5.2 Estudio de la Coordinacin de la Proteccin Se efecta la coordinacin de la proteccin para la Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn entre el recloser en 22,9 kV de cada circuito de salida de la S.E. Celendn y los seccionadores fusibles de las derivaciones principales del proyecto correspondiente a a cada circuito. (la ubicacin de los fusibles se indica en el Cuadro anterior). Coordinacin Reconectador Automtico Fusible La coordinacin de los equipos de proteccin entre los reconectadores automticos y los fusibles tipo expulsin se ha realizado para garantizar que las fallas que ocurran en las redes primarias sean despejadas por los equipos de proteccin principales de cada sector. La coordinacin de la proteccin se har entre los reclosers de la SE Celendn y fusibles tipo T ubicados en las lneas primarias 22,9/13,2 kV (Ver Diagrama Unifilar N GEN-3, y Plano Ruta de Lnea N GEN-4). Se ha utilizado las caractersticas de operacin del recloser EVRC2A de ENTEC, eligiendo la curva estandarizada Inversa de Tiempo Corto, que segn las normas ANSI/IEEE se define con la siguiente ecuacin:

+=

)1(MTDt

Donde: t = tiempo de disparo TD = dial de tiempo M = Mltiplo de la corriente de disparo, fijado por el usuario. , y = coeficientes de la curva estndar El Recloser EVRC2A de ENTEC posee: Tipo de Curva

ANSI/IEEE: Moderately, Normally, Very, Extremely, Short Inverse, Definite Time. IEC : Standard, Very, Extremely, Long, Short Inverse

Disparos en una secuencia 1 - 5 Recierre despus del primer disparo 0.5-600 seg Recierre despus del segundo y tercer disparo 1-600 seg Factor multiplicador del tiempo (TD) 0,05 - 15




pasos del TD 0,01 El grfico de coordinacin de la proteccin entre la SE Celendn y la Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn se muestra en los Anexos 7.3.1, en el cual se consider para el recloser de ENTEC un TD de 0,05, el tiempo de apertura de contactos de 50 ms, y el tiempo de cierre de 100ms. De acuerdo al tipo de curva estndar elegida, sus coeficientes tienen los siguientes valores =0.00356 ; =0.02 y =0.0195 Para la coordinacin entre el recloser y los fusibles se ha tomado como criterio que para los valores de cortocircuito posibles en el tramo protegido por el fusible, el tiempo mnimo de fusin del fusible (tiempo de inicio de fusin) sea mayor al tiempo de apertura del recloser en su curva rpida multiplicada por un factor de 1.5 y que el tiempo mximo de interrupcin del fusible (tiempo en que se funde por completo o de aclaramiento) debe ser menor o igual al mnimo de apertura del recloser en su curva temporizada. De lo anterior se concluye que al producirse una falla, el recloser actuar primero con su curva rpida, y si la falla no fuese despejada con el primer recierre del recloser, entonces actuarn los fusibles del tipo T seleccionados para cada ramal o derivacin, eliminando la falla antes que acte la curva lenta del recloser, fundindose estos fusibles. En el siguiente cuadro se muestra la seleccin de los fusibles y el intervalo de tiempo sugerido de recierre del recloser para la coordinacin:

Cuadro N: 10 Fusibles Seleccionados Recloser del Circuito

N Fusible Derivacin

Fusible Seleccionado TD

Intervalo de Tiempo-1er

Recierre F-1 Musadn 10T F-2 El triunfo 12T F-3 Pueblo Libre 15T F-4 Andamachay 12T F-5 Yagen 12T F-6 La Quinua 12T F-7 Perlamayo 12T F-8 Cristo Rey 12T F-9 Dos de Mayo 25T F-10 Cashaconga Bajo 30T

0.05 1

F-11 Agua Dulce 25T 0.05 0.8 F-12 Tres de Mayo 25T F-13 Cocabamba 25T F-14 Vista Alegre 30T F-15 Alfrojacocha 20T

0.05 1

F-16 Bajo Huaiamba 30T F-17 Alpacocha 25T

0.05 0.9

F-18 Yanahuma 15T 0.05 0.5

4.6 DETERMINACIN DEL NIVEL DE AISLAMIENTO Los criterios considerados en la seleccin del aislamiento son por contaminacin ambiental, sobretensiones a frecuencia industrial en seco y sobretensiones atmosfricas

4.6.1 Aislamiento Necesario por Contaminacin Ambiental Las lneas primarias y subestaciones de distribucin estarn ubicadas entre 2 190 m.s.n.m y 3 830 m.s.n.m. El nivel de aislamiento mnimo de los equipos elctricos est dado por los siguientes valores: Tensin nominal del sistema : 22,9/13,2 kV Tensin mxima de servicio : 25,0 kV Tensin de sostenimiento al impulso 1,2/50 : 150,0 kVp Tensin de sostenimiento a 60 Hz : 50,0 kV La seleccin de la distancia de fuga de los aisladores ha sido tomada de la recomendacin de la Norma IEC 815, para diferentes niveles de contaminacin. La lnea de fuga fase-tierra est dada por la siguiente expresin:

chMAXffuga xfxULL 0=




Donde: Lfuga : Longitud de fuga fase-tierra requerida Lf0 : Longitud de fuga unitaria en mm/kV- Umax : Tensin Mxima de Servicio fch : Factor de correccin por altura; fch = 1 + 1,25 (msnm 1 000) x 10-4

En ambientes limpios deber considerarse, al menos, la contaminacin correspondiente al grado ligero (light), el mismo que le corresponde una longitud de fuga de 16 mm/kV-; para sistemas en conexin estrella la tensin mxima se calcular de la siguiente manera: Umx = Unx1.05xk Donde: Un: Tensin nominal k: es el factor que se obtiene al desbalance de tensiones con respecto al neutro. El rea del proyecto se caracteriza por ser una zona alejada del mar, con altitud entre los 2 190 y 3 830 msnm, y frecuentes lluvias, lo que contribuye a la limpieza peridica de los aisladores. En consecuencia: Lfuga = 417 mm En tal sentido se han seleccionado los aisladores de porcelana tipo pin ANSI 56-3.

Cuadro N: 11 Aislamiento Requerido por Contaminacin

Zona msnm fch mm/kV- Umax (kV) Lfuga Hasta 3 830 msnm 3 830 1,353 16 19.23 417

4.6.2 Aislamiento Necesario por Sobretensin a Frecuencia Industrial en Seco La tensin de sostenimiento a frecuencia industrial entre fases y fase tierra recomendado segn la Norma DGE RD-018-2003 Bases para el Diseo de lneas y Redes Primarias, es: Vfi = 50 kV.

4.6.3 Aislamiento Necesario por Sobretensiones Atmosfricas A continuacin se describe el procedimiento de clculo del aislamiento requerido por descargas atmosfricas (contorneo inverso -):

= )1( NNBIVi

Donde:

NBI : Nivel Bsico de Aislamiento (125 kV-BIL) N : Nmero de desviaciones estndar alrededor de la media (1,2) : Desviacin estndar (2%) : Densidad relativa del aire

txb+= 273

92,3 y 18336

76loglog msnmb = Para t = 14.5 C Para msnm = 3 830 m ( = 0,6406) Obtenindose los siguientes resultados

Cuadro N: 12 Aislacin Necesaria por Sobretensiones de Impulso Descripcin NBI (kV) Vfi (kV)

Sistema Elctrico 22,9/13,2 kV Hasta 3 850 msnm 125 200

4.6.4 Seleccin de los Aisladores para la LP y RP A continuacin se muestra una comparacin de los resultados obtenidos con respecto a la seleccin de los aisladores tipo Pin y tipo Suspensin para los casos de porcelana y polimrico:

Cuadro N: 13 Seleccin de los Aisladores para LP y RP Porcelana ANSI Polimrico

Requerimientos Valores Requerido Pin 56-3 Pin 56-4 2x52-3 Suspensin

(1) Pin (2)

Longitud de la lnea de fuga L (mm) para 4000 msnm 550 533 685 584 650 650

Aislacin necesaria por sobretensiones

A frecuencia industrial Vfi (kV) 50 125/80 140/95 155/50 160/100 125/80

Aislacin necesaria por sobretensiones de impulso Vi (kV) 205 200/265 225/310 255 250/260 200/265




(1) Aislador de suspensin de goma de silicn, con conexin horquilla y lengeta (2) Aislador tipo pin de goma de silicn En conclusin se ha seleccionado el aislador de porcelana pin Ansi 56-3. Para el caso de suspensin se selecciona el aislador polimrico para toda la lnea y red primaria, la seleccin fue definida por sus propiedades elctricas y costos (aislador de suspensin polimrico horquilla-lengeta $29.7 versus conjunto de cadena de 2 aisladores Ansi 52-3 y accesorios $34.55)

4.6.5 Niveles de Aislamiento para las Subestaciones de Distribucin Los niveles de aislamiento considerados para el diseo de la subestaciones de distribucin son los siguientes: Tensin Nominal 22,9-13,2 kV Tensin de sostenimiento a frecuencia industrial 50 kV Tensin de sostenimiento al impulso 1,2/50 s (interno) 125 kV Tensin de sostenimiento al impulso 1,2/50 s (interno) 150 kV

4.7 SELECCIN DE PARARRAYOS Siendo una Subestacin conectada a una barra de 22,9 kV con conexin en delta con un transformador zig zag estrella con neutro aterrado. Para este tipo de sistemas se tiene como recomendacin general especificar la tensin nominal de los pararrayos igual a 0,8 veces la tensin fase fase, por lo tanto para una tensin de 22,9/13,2 kV o 13.2kV se ha seleccionado el pararrayos de 21 kV.

4.8 ESTUDIO DE COORDINACIN DEL AISLAMIENTO Se entiende por coordinacin del aislamiento al conjunto de disposiciones que se toman a fin de evitar que las sobretensiones causen dao a los equipos elctricos y que cuando los arcos de defecto no puedan ser eludidos con medios que resulten econmicos sean localizados en puntos del sistema donde produzcan la mnima afectacin al funcionamiento y a las instalaciones de ste ultimo. Por tal razn es imprescindible la instalacin de los pararrayos para la adecuada proteccin de la aislacin interna de los transformadores. Los mrgenes mnimos de seguridad recomendado por ANSI, segn gua de aplicacin C62.2-1981 es: MP1 : Margen del nivel de onda cortada = 120 % MP2 : Margen del nivel bsico de aislamiento (BIL) = 120 % Donde:

Tensin de sostenimiento al impulso atmosfrico de onda cortada del equipamiento MP1 = Nivel de proteccin del pararrayos para frente de onda cortada

Tensin de sostenimiento nominal de impulso atmosfrico del equipamiento MP2 = Nivel de proteccin del pararrayos para impulso atmosfrico

El clculo de coordinacin del aislamiento es como sigue: Caractersticas del Sistema Nivel de tensin : 22,9kV/13,2kV Mxima tensin de servicio : 25 kV Tensin nominal soportable al impulso atmosfrico 150 kV Caractersticas de los Pararrayos: Tensin Nominal : 21 kV Nivel de proteccin al impulso atmosfrico : 77 kV Nivel de proteccin al frente de onda cortada: 70 kV Despreciando los efectos de los cables de conexin y la distancia de separacin entre los pararrayos a los equipos a ser protegidos, de donde se obtienen los siguientes resultados:

Cuadro N: 14 Mrgenes de Seguridad de la Coordinacin del Aislamiento

Vp (kV) MP1 MP2 21 250% 178,6%

Podemos observar que para los pararrayos analizados, se tienen mrgenes de seguridad por encima de los valores mnimos permitidos, con lo que se concluye que no se deberan tener dificultades de aislamiento. Clculo del Nivel de Aislamiento de las Estructuras de la Lnea y Red Primaria




La mayor causa de salidas fuera de servicio es ocasionada por los flameos producidos por descargas atmosfricas y tormentas elctricas, los cuales producen sobretensiones directas e inducidas sobre las lneas de distribucin, las cuales dependen de los siguientes factores: Intensidad, continuidad y duracin de las descargas atmosfricas en el altiplano son intensas

en poca de tormenta elctrica Los obstculos en la franja de servidumbre de las lneas son limitados, tenindose algunas

lomas que contribuyen a amortiguar las descargas directas, y reducir la magnitud de las indirectas.

Las salidas de servicio por cada 100 km/ao se reducen cuando se logra un voltaje de flameo al impulso crtico (VFIC, o critical impulse flashover voltage-CIFO) de la lnea de 300 kV, motivo por el cual en los diseos de las estructuras se debe tender a obtener dicho valor, por medio de la utilizacin de aisladores adecuados y crucetas de madera.

No es conveniente superar los 300 kV, porque el mayor aislamiento en la lnea podra ocasionar sobretensiones severas en los equipos.

Los pararrayos de las subestaciones de distribucin proveen un grado de reduccin de flameos por tensiones inducidas, por lo que en el Proyecto de Electrificacin Rural en la Provincia de Celendn con una cantidad de localidades distribuidas a lo largo de las lneas, los pararrayos contribuyen a mejorar el comportamiento elctrico

El aislamiento de las estructuras se logra con la combinacin del CIFO de sus componentes: aislador y cruceta de madera, la cual contribuye a elevar el aislamiento de la lnea y a mejorar el comportamiento elctrico contra descargas atmosfricas.

Los pararrayos se deben instalar lo ms cerca al equipo, pudiendo instalarse en la tapa del transformador, reduciendo as la longitud del conductor de conexin del pararrayos al borne, minimizando la cada de tensin por las corrientes de descarga de rayos.

Los CIFO considerados para las estructuras son los especificados en la norma IEEE Std 1410-2004

Los equipos y accesorios metlicos de las estructuras (seccionadores-fusibles, pararrayos, etc.) contribuyen a reducir el CIFO, lo cual se compensa a travs de distancias suficientes aisladas y la utilizacin de pararrayos.

4.9 CLCULO, DISEO Y CONFIGURACIN DEL SISTEMA DE PUESTA A TIERRA 4.9.1 En Lneas y Redes Primarias

En los sistemas "efectivamente puesto a tierra sin neutro corrido" en 22,9/13,2 kV, se requiere que las instalaciones de lneas y redes primarias garanticen la seguridad de las personas, operacin del sistema, y facilidad para el recorrido a tierra de la corriente de operacin del sistema elctrico MRT. La Norma DGE RD-018-2003-EM Bases para el Diseo de Lneas y Redes Primarias para Electrificacin Rural, establece que desde el punto de vista de la operacin, las nicas puestas a tierra importantes son las que corresponden al neutro del transformador de potencia y a las subestaciones de distribucin. Se recomienda que para las lneas y redes primarias se siga con el siguiente criterio: En todas las estructuras de las lneas y redes primarias se instalar la puesta a tierra, teniendo

en consideracin la seguridad de las personas y la operacin del sistema elctrico. Para evitar la quema de las crucetas de madera debido a sobretensiones, toda la ferretera

deber ser conectada al conductor de bajada de puesta a tierra. 4.9.2 Descripcin de Sistemas de Puesta a Tierra para Lneas y Redes Primarias

Sistema de Aterramiento PAT-1C: El sistema de puesta a tierra tipo PAT-1C, consiste en llevar el conductor de cobre recocido de 16 mm2 desnudo por debajo de la tierra junto al poste e instalarlo en forma de anillo, se instalarn en las estructuras no provistas de equipos de seccionamiento, proteccin y transformador. Sistema de Aterramiento PAT-1: El sistema de puesta a tierra tipo PAT-1, consiste en llevar el conductor de cobre recocido de 16 mm2 desnudo conectado desde la varilla de acero recubierta de cobre de 2,4 m-16 mm, separado horizontalmente con respecto al eje del poste en 2m; el conductor de puesta a tierra ser instalado al mismo lado del conductor neutro en cuadratura opuesta al espacio de trepado o del pin de punta de poste, se instalaran estas puesta a tierra provistas de electrodo solo en estructuras de seccionamiento, proteccin y subestaciones para todos los casos se instalarn cajas de registro provistas de electrodos verticales.

aPATR *392,01




4.9.3 En Subestaciones de Distribucin La Norma DGE RD-018-2003-EM Bases para el Diseo de Lneas y Redes Primarias para Electrificacin Rural, establece que para subestaciones trifsicas se debe tener un valor de 25 sin tomar en cuenta la red secundaria. Para transformadores monofasicos deben tener en cuenta los siguientes valores de puesta a tierra:

Cuadro N: 15 Resistencia de Puesta a Tierra de Subestaciones de Distribucin MRT Potencia del Transformador Resistencia (Ohm)

25 kVA, 1-MRT 10,6 15 kVA, 1-MRT 17,6 10 kVA, 1-MRT 25 5 kVA, 1-MRT 25

Nota: Para la medicin de la resistencia de PAT no se considera la conexin del neutro de las Redes Secundarias. A continuacin se describe y se efecta el clculo de la resistencia de puesta a tierra de los sistemas PAT-2 y PAT-3. Tipo PAT-2: Este sistema de PT esta constituido por 2 sistemas PAT-1, separados a una distancia horizontal entre varillas de 3 m (ver lmina N LP-02) y unidas entre s mediante conductor de cobre recocido de 16 mm. La resistencia de puesta a tierra se calcula con la siguiente frmula:

Donde:

l = Longitud de la varilla (2,4 m) d = Dimetro de la varilla (16 mm) a = Distancia entre varillas (3,0 m)

Efectuando el clculo:

)%(56220,0 12 == PATaPAT RR Tipo PAT-3: Este sistema de PT esta conformado por 3 sistemas PAT-1 instalados en forma triangular (El tercer electrodo se instalar en la calzada, de no ser posible esta configuracin se instalarn alineados en lnea recta los 3 electrodos), separados a una distancia horizontal entre varillas de 3 m (ver lmina N LP-02), y unidas entre s mediante conductor de cobre recocido de 16mm. La resistencia de puesta a tierra se calcula con la siguiente frmula:

}])

32(

1

)3

(

1{1)4([323

SenSenD

lblLn

lR a ++=

Donde: a = Resistividad elctrica aparente del terreno (ohm-m) l = Longitud de la varilla (2,4 m) b = Radio de la varilla (8 mm) D = Dimetro del anillo formado por las tres varillas (3,46 m) Donde resulta:

)%(43170,0 13 == PATaPAT RR En base a los resultados obtenidos de la medicin de la resistividad elctrica efectuada en campo y el clculo de la resistividad aparente del terreno, se plantea la configuracin del sistema de puesta a tierra a utilizar en cada subestacin de distribucin, el mismo que se muestra en el Anexo N 7.6.1a, y los resultados de la seleccin de la configuracin de puesta a tierra se muestran en el siguiente cuadro:

+= )4(

12

12

dlLna

lRR PATPAT




Cuadro N: 16 Tipo de Sistema de Puesta a Tierra terica para Subestaciones de Distribucin

N Localidad Distrito Sistema Resistividad(ohm-m)

PAT-3(ohm)

1 Andamachay Cortegana 1-MRT 12,9 2 2 Candn Cortegana 1-MRT 6,9 1 3 Chimuch Cortegana 1-MRT 10,7 2 4 Chupica Cortegana 1-MRT 166,8 24 5 Consuelo Cortegana 1-MRT 4,2 1 6 Dos de Mayo Cortegana 1-MRT 6,2 1 7 El Aliso Cortegana 1-MRT 11,9 2 8 El Arenal Cortegana 1-MRT 20,5 3 9 El Calvario Cortegana 1-MRT 14,9 2

10 El Ingenio Cortegana 1-MRT 9,0 1 11 El Laurel Cortegana 1-MRT 287,1 17 12 El Porvenir Cortegana 1-MRT 8,9 1 13 El Sauce Cortegana 1-MRT 383,2 22 14 El Triunfo Cortegana 1-MRT 142,3 21

15 Francisco Morales Bermudez Cortegana 1-MRT 163,1 24

16 La Florida Cortegana 1-MRT 18,3 3 17 La Pucar Cortegana 1-MRT 24,0 4 18 La quinua Cortegana 1-MRT 222,0 13 19 La Unin Cortegana 1-MRT 9,9 1 20 Lanchepampa Cortegana 1-MRT 71,6 10 21 Libertad Villanueva Cortegana 1-MRT 26,3 4 22 Miguel Grau Cortegana 1-MRT 54,0 8 23 Miraflores Cortegana 1-MRT 83,0 12 24 Muuo Cortegana 1-MRT 17,6 3 25 Musaden Cortegana 1-MRT 21,1 3 26 Naranjitos Cortegana 1-MRT 45,3 7 27 Nuevo Bambamarca Cortegana 1-MRT 89,7 13 28 Nuevo Celendn Cortegana 1-MRT 99,3 15 29 Nuevo Edn Cortegana 1-MRT 32,5 5 30 Pacchapampa Cortegana 1-MRT 54,7 8 31 Palma Andina Cortegana 1-MRT 74,3 11 32 Perlamayo Cortegana 1-MRT 10,8 2 33 Pueblo Libre Cortegana 1-MRT 104,0 15 34 Pueblo Nuevo Cortegana 1-MRT 47,7 7 35 San Antonio Cortegana 1-MRT 11,7 2 36 San Carlos Cortegana 1-MRT 83,8 12 37 San Isidro-La Ramada Cortegana 1-MRT 35,5 5 38 San Jos Cortegana 1-MRT 93,5 14 39 Nuevo Progreso Cortegana 1-MRT 64,7 9 40 San Miguel Cortegana 1-MRT 19,9 3 41 Santa Clara Cortegana 1-MRT 14,9 2 42 Santa Cruz Cortegana 1-MRT 7,7 1 43 Tres Lagunitas Cortegana 1-MRT 340,4 20 44 Villanueva Cortegana 1-MRT 264,9 16 45 Vista Alegre Cortegana 1-MRT 38,8 6 46 Yagen Cortegana 1-MRT 13,9 2 47 Buena Vista Chumuch 1-MRT 11,1 2 48 Cristo Rey Chumuch 1-MRT 358,0 21 49 El Cardn Chumuch 1-MRT 23,0 3 50 La Punta Chumuch 1-MRT 6,4 1 51 Las Minas Chumuch 1-MRT 10,6 2 52 Nueva Laguna Chumuch 1-MRT 161,5 24 53 Nuevo Chupica Chumuch 1-MRT 10,9 2 54 Poro Poro Chumuch 1-MRT 23,0 3 55 Tres de Octubre Chumuch 1-MRT 45,4 7 56 Alto Vista Alegre Huasmn 1-MRT 11,0 2 57 Anexo Corredor Huasmn 1-MRT 11,5 2 58 Chamana Huasmn 1-MRT 24,4 4




N Localidad Distrito Sistema Resistividad (ohm-m)

PAT-3 (ohm)

59 Cocabamba Huasmn 1-MRT 12,3 2 60 El Sauce Huasmn 1-MRT 413,7 24 61 El Toste Huasmn 1-MRT 38,7 6 62 La Fila-Coyporullona Huasmn 1-MRT 296,9 17 63 La Florida Huasmn 1-MRT 28,2 4 64 La Quinua Huasmn 1-MRT 175,0 10 65 Las Cales Huasmn 1-MRT 14,0 2 66 Las Prudes Huasmn 1-MRT 23,7 3 67 Mashacate Huasmn 1-MRT 12,9 2 68 San Roque Huasmn 1-MRT 40,2 6 69 Tayapampa Huasmn 1-MRT 10,3 2 70 Tingo Bajo Huasmn 1-MRT 4,7 1 71 Tres de Mayo Huasmn 1-MRT 80,2 12 72 Unin Colpacucho Huasmn 1-MRT 168,6 25 73 Alpacocha Jos Glvez 1-MRT 260,0 15 74 Huangapampa Viejo Jos Glvez 1-MRT 210,0 12 75 Lindero Jos Glvez 1-MRT 42,5 6 76 El Verde Alto Oxamarca 1-MRT 65,5 10 77 El Verde Bajo Oxamarca 1-MRT 12,0 2 78 Pajonal Oxamarca 1-MRT 6,2 1 79 San Isidro Oxamarca 1-MRT 17,8 3 80 Yanahuma Oxamarca 1-MRT 47,2 7 81 Chacato Sorochuco 1-MRT 41,8 6 82 Surupata Sorochuco 1-MRT 6,4 1 83 Agua Dulce Celendn 1-MRT 94,5 14 84 Tres Zanjas Celendn 1-MRT 83,8 12 85 22 de Mayo Celendn 1-MRT 7,0 1 86 La Manzana Alto Celendn 1-MRT 31,2 5 87 La Manzana Baja Celendn 1-MRT 45,8 7 88 San Antonio Alto Celendn 1-MRT 43,4 6 89 San Antonio Bajo Celendn 1-MRT 29,5 4 90 Hornopampa Celendn 1-MRT 25,8 4 91 El Tinguito Celendn 1-MRT 16,0 2 92 Vista Alegre Celendn 1-MRT 27,1 4 93 Cahuaypampa Bajo Celendn 1-MRT 20,6 3 94 Eugenio Pampa Centro Celendn 1-MRT 31,8 5 95 Eugenio Pampa Bajo Celendn 1-MRT 212,3 12 96 Queruaysana Celendn 1-MRT 20,3 3 97 Barrio Nuevo Alto Celendn 1-MRT 348,0 20 98 Barrio Nuevo Bajo Celendn 1-MRT 127,1 19 99 Bajo Huaiambra Celendn 1-MRT 382,4 22 100 Huaylla Alto Celendn 1-MRT 346,9 20 101 Cashaconga Bajo Celendn 1-MRT 67,0 10

4.9.4 Tensiones de Toque y de Paso Tensin de Toque: Circuito tipico casual mano-pies, desde una estructura con falla y puesta a tierra




La ecuacin que nos da el valor del potencial de toque admisible es:

txxx

ssktAdmisible CRV116.0)5.1( += , para personas de 50 kg

Donde:

Cs =1 (Suelo Homogeneo) s = eq ; para K=0 t = tiempo de despeje de falla.

s : Resistividad superficial del Suelo (ohm-m)

Luego la tensin de toque de la red ser:

xdx

x IV feqtred = 2

, La d.d.p. depende de la distancia a los dos pies (d=1m)

Se debe cumplir que la tensin de toque admisisble debe ser mayor que la tensin de toque de la red. Ver valores obtenidos en Anexo N 7.6.1b Tensin de Paso: Contacto casual pie-pie proximo a estructura con falla y puesto a tierra, la magnitud depende de la distancia entre los pies.




La ecuacin de tensin de paso admisble ser:

txxx

sskPAdmisible CRV116.0)6( +=

, para personas de 50kg

Cs =1 (Suelo Homogeneo) s = eq ; para K=0 t = tiempo de despeje de falla.

s : Resistividad superficial del Suelo (ohm-m) Luego la tensin de paso de la red ser:

xdx

x IV feqpred = 2

, La d.d.p. depende de la distancia entre los dos pies (d=1m)

Ver valores en Anexo N 7.6.1b Se debe cumpl

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