the institute of electrical and electronics engineers, inc

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THE INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, INC.
CURSO DE ACTUALIZACION EN EL
DISEÑO DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN
Dirigido a: Ingenieros Electricistas, Ingenieros Electromecánicos, Ingenieros Civiles y Técnicos especializados, vinculados a la ingeniería del proyecto, la construcción, la supervisión, el mantenimiento o la explotación de las líneas de transmisión, interesados en actualizar conceptos en los
temas específicos que se desarrollarán en el curso, siguiendo los lineamientos más utilizados internacionalmente.
Día Miércoles 12 de Mayo
:
Determinación del viento Máximo de Diseño en las Líneas de
Transmisión. Teoría de los Valores Extremos. Ley de Gumbel.
Día Jueves 13 de Mayo
:
El comportamiento y las características mecánicas de los Conductores en las Líneas Aéreas de Transmisión. Deformaciones.
Efecto Creep
Día Viernes 14 de Mayo
:
Fundamentos de la Corrosión Subterránea en las Líneas de
Transmisión. Su prevención. Protección Catódica
Horario del Curso: 8,00 a 12.30 AM. Corte de 20 minutos para Refrigerio
Material: Se entregarán apuntes completos del curso.
Certificado: Se entregará un certificado de asistencia al curso, firmado por el disertante y por los
organizadores.
Auspician:
IEEE SECCION EL SALVADOR y ESIN CONSULTORA SA de Argentina promueven este evento de
actualización profesional con la colaboración del INSAFORP de El Salvador.
DÍA 1
DETERMINACIÓN DEL VIENTO MÁXIMO DE DISEÑO
EN LAS LINEAS DE TRANSMISIÓN.
TEORÍA DE LOS VALORES EXTREMOS.
LEY DE GUMBEL
ABSTRACT: Para las Líneas Aéreas de Transmisión es importantísimo predecir la velocidad máxima del viento asentada sobre sólidos fundamentos técnicos, dentro de un
período de retorno especificado, generalmente en años, que superan en mucho a los
años de registro de vientos en los Centros
Meteorológicos. Las nuevas normas y conceptos de diseños de las líneas de transmisión para la determinación de la velocidad de
viento máximo a emplearse en los cálculos
de cargas sobre las estructuras, cables y aisladores hacen uso de conceptos probabilísticas de los valores extremos y del período de
retorno en función del concepto de confiabilidad.
Se analizará las funciones de Fisher- Tippett I
también denominada ley de Gumbel que
permite predecir los valores extremos que
pueden esperarse ocurran en un período de
Tiempo de Retorno determinado.
Se definirá el Tiempo de Retorno que con
lleva a definir previamente el Grado de Con-
fiabilidad de la Línea en cuanto a su resistencia mecánica, considerando que hay una
relación biunívoca entre ambos.
Mediante la ley de Gumbel, conociendo los
comúnmente denominados parámetros de
Gumbel de la variable aleatoria, en este caso
el viento, nos permite obtener una velocidad
de viento extremo en un período de retorno
cualquiera T en función de una velocidad
conocida para un tiempo de retorno determinado, por ejemplo de 50 años. En otras
palabras, nos permite interpolar y obtener
velocidades extremas de vientos para cualquier período de retorno conociendo solamente el valor extremo para 50 años y los
parámetros de Gumbel “a “y “u “.
Estas informaciones deberían figurar en tres
mapas del país, uno con las isocletas de vientos máximos en un período de retorno de 50
años y dos mapas adicionales, conteniendo
el parámetro a y el parámetro u, respectivamente.
TEMARIO DÍA 1
DETERMINACIÓN DEL VIENTO MÁXIMO DE DISEÑO
EN LAS LINEAS DE TRANSMISIÓN.
TEORÍA DE LOS VALORES EXTREMOS.
LEY DE GUMBEL.
Antecedentes Históricos
Probabilidad de Distribución:
Probabilidad de Densidad
Función de Distribución Acumulada
Complementaria
La noción del Período de Retorno:
Tabla de Múltiple excedencias de 50 años
en períodos de 20 y 50 años.
Relación de Probabilidad y Tiempo de
Retorno:
Vida útil y Período de Retorno:
Teoría de los Valores Extremos:
Fisher-Tippet Tipo I. Ley de Gumbel
La variable reducida “y”. Grafico Lineal de
Gumbel: Expresión de Gumbel en función
del Período de Retorno T
Carácter experimental de la Ley de Gumbel:
Hipótesis para aplicación de fenómenos
meteorológicos:
Cambios en el período de observación:
Determinación del Valor Extremo
Método Original de Gumbel
Método de Gumbel –Gringo ten:
Método de Gumbel aplicado a las presiones dinámicas
Aproximación Numérica. Método de Lieblein:
Método de Gumbel modificado de Jensen
y Frank
Método de Cálculo de la IEC 826 y ASCE
74
Valores de las constantes C1 y C2
Utilización del COV:
Relación del los Valores Extremos para
diferentes Tiempos de Retorno T referidos al estándar de 50 años-
Variación del Valor Extremo con los años
de Registros.
Ejemplo de aplicación:
Aplicación de las Guías de Diseño IEC 826
y ASCE 74.
Determinación del viento extremo utilizando la expresión (4) de Gumbel.
Determinación del viento extremo utilizando la expresión (2) de Gumbel.
Verificación del viento extremo utilizando
la expresión (5) de Gumbel.
Determinación del viento extremo utilizando el método original de Gumbel.
Determinación del viento extremo utilizando el método Gumbel- Gringo ten
Determinación del viento extremo utilizando las presiones dinámicas. (Cook)
Determinación del viento extremo utilizando el método de Aproximación Numérica. Método de Lieblein
Comparación de Resultados
Determinación del viento extremo utilizando el Método de Gumbel Modificado
de Jensen y Frank
Aproximación Gráfica
Conclusiones
Recomendaciones:
ANEXO I : Tablas VI y VII
ANEXO II: Determinación del Viento de
Diseño.
ANEXO III: Clasificación de Vientos
ANEXO IV: Artículo del Dr. Viollaz
ANEXO V: Conceptos Básicos de Estadísticas y Probabilidades.
DIA 2
EL COMPORTAMIENTO Y LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS
DE LOS CONDUCTORES EN LAS LINEAS DE TRANSMISION
DEFORMACIONES. EFECTO CREEP
ABSTRACT: Los conductores en las líneas aéreas de transmisión, son uno de los tres componentes económicos más importantes de las
mismas.
En el diseño, considerando un mismo valor
máximo de viento y una misma temperatura
máxima, y considerando un mismo diámetro
de conductor, el cálculo mecánico arrojará
valores muy diferentes entre su estado Inicial
y Final, según sean las características, tipos y
formaciones del conductor. Esto hace esencialmente relevante la elección adecuada del
Conductor pues tiene influencias directas sobre los otros dos componentes: Las Estructuras y las Fundaciones.
Entre el estado Inicial y el estado Final influyen
las deformaciones no recuperables del conductor, que se traducen en un alargamiento
permanente del mismo, y en consecuencia de
la flecha.
Observando el porcentaje de incremento en la
longitud de la catenaria del conductor debido
a las deformaciones, parecerá insignificante.
Sin embargo la influencia en la flecha es notable.
De allí, la importancia en la selección de un
conductor conocer y poder calcular las deformaciones que sufriría en cualquier circunstancia de tiempo y tracción, que se traduce en
esfuerzos y flechas Iniciales, esfuerzos y flechas Finales, que determinan el dimensionamiento de las estructuras y de las fundaciones.
Para ello se analizarán el comportamiento de
los metales que dependen de sus estructuras
atómicas, de los procesos mecánicos y térmicos a que son sometidos durante la fabricación
de los conductores, los diferentes tipos, combinaciones, y formaciones de los mismos realizando ny luego realizando las principales descripciones de los conductores que ofrece el
mercado internacional.
Se analizarán las curvas de esfuerzodeformación, los diferentes tipos de deformaciones, sus cálculos independientes y la deformación final según la historia de vida del conductor siguiendo al CIGRE.
Por último se analizará cómo se determina si
debe emplearse el Módulo Inicial ó el Final al
resolver la Ecuación de Estado, ídem con el
coeficiente de dilatación lineal.
Estos conceptos y métodos de cálculo permitirán realizar el diseño de las Líneas de Transmisión con una mayor solidez y fundamentos
técnicos en los cálculos mecánicos, que dejan,
como se puede intuir, de ser tan sencillos.
TEMARIO DÍA 2
EL COMPORTAMIENTO Y LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS
DE LOS CONDUCTORES EN LAS LINEAS DE TRANSMISION
DEFORMACIONES. EFECTO CREEP
Propiedades de los metales
Deformaciones:
Deformación elástica
Deformación plástica
Estructura molecular de los sólidos
Defectos puntuales
Defecto por vacancia
Defecto por intersticio
Defecto por impurezas
Defectos puntuales en la solución sólida:
Defectos substitucionales
Defectos intersticiales
Defectos lineales
Dislocaciones
Defectos interfaciales
Superficies externas
Limite de grano
Limites de maclas
Deformación por maclado
Tratamientos mecánicos
Relación de acritud
Métodos de endurecimiento por trabajo
en frío.
Dureza
Correlación entre dureza, resistencia a
la tracción y trabajo en frío.
Endurecimiento por solución sólida.
Fatiga.
Efecto de bajas temperaturas.
Tratamientos térmicos
Velocidad de calentamiento
Temperatura y tiempo de permanencia
Recocido
Estados de recocido
Temperatura del recocido
Normalizado
Temple
Métodos de enfriamientos del temple
Revenido
Envejecimiento natural
Envejecimiento acelerado
Recuperación, recristalización y crecimiento de granos.
Interdependencia del trabajo en frio y
los tratamientos térmicos
Comportamiento mecánico de los conductores
Curvas de esfuerzo-deformación
Resistencia a la fluencia del 0,2 %
Resistencia o esfuerzo a la tracción RT
Resistencia o esfuerzo a la rotura
Esfuerzo verdadero
Alargamiento unitario porcentual en la
fractura
Reducción porcentual de sección
Esfuerzo verdadero- deformación verdadera.
Esfuerzo verdadero
Deformación verdadera
Los cables desnudos en las líneas aéreas
de transmisión
Selección del conductor
Clase de conductores:
Metales de los conductores de la clase
AA
Resistencia a la corrosión
Conductividad y carga de rotura
Clasificación según
el tratamiento
térmico del aluminio
Clasificación de los conductores según
sus componentes
Conductores homogéneos
Metales de los conductores homogéneos
Tipos de conductores homogéneos
Conductores no homogéneos
Metales de los conductores no
homogéneos
Tipos de conductores no homogéneos
Subclasificación del ACSR
Elongación de los cables desnudos
bajo acción de las cargas
Deformaciones elásticas y plásticas
producidas por cargas de tracción
Máximas y mínimas cargas. Mínimas
y máximas flechas
Deformación elástica por tracción e
Deformación plástica p por mudanza de módulo de elasticidad.
Curvas de esfuerzo -deformación de
los cables
Deformación elástica térmica
Deformación plástica geométrica
Deformación plástica por creep
Fundamentos del creep.
Curvas de esfuerzo –deformación.
Deformaciones permanentes de los
conductores.
Efecto del cambio de la temperatura
Curvas patrones de esfuerzodeformación
Deformaciones plásticas
Curva de esfuerzo - deformación inicial.
Modulo inicial
Curva de esfuerzo - deformación inicial del aluminio / aleación de aluminio
Modulo inicial simplificado
Curva de esfuerzo - deformación final
Modulo final
Ejemplo de grafico curva inicial y final del aluminio
Conductor de acero
Conductor mixto ACSR
Curva de esfuerzo - deformación de
los cables mixtos ACSR.
Modulo de elasticidad inicial ei
Curva de esfuerzo - deformación final
del cable ACSR.
Ejemplo de curva de esfuerzodeformación inicial y final del cable
ACSR y de sus componentes (aluminio y acero)
Ecuaciones polinómicas
Ecuaciones polinomicas del aluminio
y aleación de aluminio
Ecuaciones polinomicas del acero
Ecuaciones polinomicas del ACSR
Módulo de elasticidad e y de dilatación
térmica  en el cable mixto ACSR.
Deformación bajo esfuerzos del cable
compuesto ACSR
Determinación teórica del módulo de
elasticidad inicial y final
Módulo inicial del cable ACSR
Módulo final del cable ACSR
Efectos del cableado
Coeficiente térmico de dilatación lineal
en cables homogéneos.
Determinación teórica del coeficiente
térmico de dilatación lineal en cables
mixtos ACSR
Efectos del cambio de temperatura
Desplazamientos de las curvas de esfuerzo-deformación en cables homogéneos por cambio de temperatura
Desplazamientos de las curvas de esfuerzo-deformación en cables mixtos
ACSR por cambio de temperatura:
Ecuaciones polinomicas a la temperatura:
Efectos del cableado:
Comportamiento del cable mixto ACSR
Fabricación del cable: tracciones durante su fabricación.
Temperatura de equilibrio
Módulo de elasticidad aparente en
cables mixtos ACSR.
Coeficiente de dilatación aparente del
cable acsr.
Giros de los cables:
Clasificación de los giros:
Giro natural en cables homogéneos:
Giro natural en cables mixtos acsr:
Giro bajo tracción en los cables
homogéneos y en los mixtos:
Efecto de las tracciones:
Giro natural + giro bajo tracción:
Resbalamiento aluminio-acero en función de la temperatura:
Ejemplo de giro natural en cables
homogéneos:
Ejemplo de giro natural en cables mixtos acsr:
Determinación del giro natural
Resbalamientos resultantes de los giros:
Resbalamientos resultantes del giro
natural y giro bajo tensión
Cálculos de las deformaciones permanentes de los
Conductores. Ecuaciones de estado
Introducción:
Calculo analítico de la deformación
permanente del aluminio y aleación de
aluminio por cambio de modulo de elasticidad:
Sin tener en cuenta las deformaciones
previas:
Incremento de la flecha:
Maniobras durante el tendido de los
conductores.
Pretensado:
Determinación analítica de la deformación por cambio de módulo de elasticidad en cables acsr:
Estudio del creep
permanente de los conductores por deformación geométrica.
permanente de los conductores por
creep.
Ecuaciones predictoras
Ecuación predictora para conductores
de aluminio:
de aleación de aluminio:
de aluminio - aleación de aluminio:
acsr.
Ecuación predictora para todo tipo de
conductores
Tiempo equivalente:
Determinación analítica del escurrimiento durante la vida útil de la línea
Desenrollado:
Fin del desenrollado:
Historia de vida
Ecuación de estado
Análisis de las cargas.
Determinación analítica de tracciones ,
deformaciones y módulos:
Obtención del módulo inicial a aplicarse en las ecuaciones de estado.
DÍA 3
FUNDAMENTOS DE LA CORROSION SUBTERRANEA
EN LAS LINEAS DE TRANSMISION.
SU PREVENCION. PROTECCION CATODICA
ABSTRACT: Es muy común observar tipos
constructivos y especificaciones técnicas de
pliegos en las más variadas líneas y niveles
de tensiones con flagrantes contradicciones
bajo el punto de vista de la corrosión. También hay muchos artículos técnicos donde se
explicitan las ventajas del uso del cobre en
vez del acero galvanizado como materiales
de puestas a tierras. Si bien esto es verdad,
no lo es en forma absoluta y se podría cometer grandes errores de facilitar la corrosión si
no se analiza los demás elementos metálicos
enterrados, como ser anclajes de riendas en
torres arriendadas y casos equivalentes. El
Ingeniero especialista en líneas de transmisión debe conocer los conceptos de la corrosión, de manera de entenderá cuál es el
problema y en consecuencia la forma de
evitarlo, como en algunos casos concretos de
pares galvánicos y en otros sino evitarlos, por
lo menos minimizarlos. Por último, como la
falta de corrosión absoluta no es posible, es
también muy necesario conocer los fundamentos de la protección catódica para controlar la corrosión.
En este artículo pretende dar los lineamientos básicos de manera didáctica y suficientemente explícito que ayuden a entender y
controlar los problemas de corrosión que
siempre existen, y que las más de lo que
pueda suponerse, son ignorados. Los Ingenieros Electricistas para mejorar las duración
de las puestas a tierras de las líneas de
transmisión deben de atender al conjunto de
variantes de corrosión que pueden presentarse simultáneamente, evitar aquellas que
sean evitables, y controlar las inevitables ya
que la corrosión es un proceso de la naturaleza . Siempre un metal se va a corroer y
volverá a su estado mineral natural. El proceso de corrosión puede ser muy rápido (horas,
días) ó muy lento (años). A los Ingenieros
nos interesa retardar lo máximo posible el
proceso de corrosión, por lo menos hasta la
vida útil de la estructura. El mejor método
de combatir la corrosión es tratar de evitarla
impidiendo que se produzcan en forma simultánea las cuatro condiciones necesarias
para que exista corrosión. El paso siguiente
es minimizarlas mediante la protección
galvánica ó protección por corrientes impresas, denominadas genéricamente Protección
Catódica
TEMARIO DIA 3
FUNDAMENTOS DE LA CORROSION SUBTERRANEA
Y PROTECCION CATODICA
Conceptos básicos generales
Potencial de electrodos
Serie de FEM, tomando a la reacción de
reducción del hidrógeno como patrón.
Mediciones de potencial
Serie galvánica
Potencial de corrosión ó potencial natural
Celda de corrosión diferencial
Condiciones para que exista corrosión
Corrosión diferencia galvánica
Utilización de jabalina D
Cobre con cable de acero galvanizado
Utilización de jabalina
Acero galvanizado con cable de cobre ó
acero cobreado.
Unión de jabalina de cobre
Con cable de cobre
Unión de jabalina de cobre
Con contrapesos de cables de acero galvanizado
Puesta a tierra de poste
Arriendados con jabalina y cable de cobre) y
barra de anclaje de acero galvanizado.
Puesta a tierra en torres
Arriendadas con barras de anclaje de acero
galvanizado con jabalinas y cables de cobre.
Puesta a tierra de cobre (jabalina y cable) en
torres autosoportadas con Fundaciones de
grillas (acero galvanizado).
Macros celdas de corrosión diferencial
galvánica.
Torres con metales diferentes en sus puestas a tierras.
Macrocelda de corrosión entre malla de
cobre de pat de una E.T. y torres con PAT de
acero galvanizado
Corrosión por aireación diferencial
Esquema general de CP por corrientes impresas
Criterios para la protección catódica:
Selección del sistema de PC.
Puestas a tierra (GROUND BED)
Cercanas ó remotas
Puestas a tierras (ánodos) remotos
Puestas a tierras (ánodos) cercanos
Corrosión de jabalina por aireación diferencial
Corrosión por aireación diferencial en
barras de anclaje de riendas
Corrosión por aireación diferencial en
fundaciones de grillas
Corrosión en rendija (crevice)
Corrosión en bulones y tuercas enterradas
Corrosión por aireación diferencial por
suelos disímiles
Corrosión de contrapesos por diferencias
de resistividades del suelo
Macrocelda de corrosión diferencial por
diferencias en la resistividad del suelo
Metales dentro del hormigón
Metal enterrado, parcialmente en hormigón y suelo
Corrosión del stub
Celda de corrosión entre metal nuevo y
viejo.
Relación de áreas anódicas y catódicas:
Otros tipos de corrosión.
Corrosión localizada (pitting)
Corrosión bajo tensión
Corrosión bajo fatiga
Corrosión por cambio de PH
Corrosión por corrientes
Fuga
Conceptos de termodinámica
Cinética
Diagramas de evans
Protección catódica
Protección contra la corrosión
Medición del potencial de un Metal
Protección catódica con Ánodos galvánicos
Protección catódica por corrientes impresas.
Criterio de -850 MV con la P.C. aplicada
Criterio del potencial de polarización de
– 850 MV
Criterio de la tensión de polarización de
los 100 m
Criterio de la corriente de protección neta
Criterio del cambio de potencial de 300
MV.

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