MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREASCPTT-DDLT-001/02 3. 3.1 ESTRUCTURAS Tipos de estructuras El tipo de estructuras a utilizar para el diseño y en consecuencia la construcción de una Línea de Transmisión aérea, depende principalmente: Del nivel de tensión eléctrica de operación Calibre del conductor a ser instalado Cantidad de circuitos necesarios para el enlace a la red eléctrica Disposición de fases en el espacio Los costos o presupuesto destinado para su construcción Zonas por donde pasará la trayectoria de la Línea de Transmisión. La Subdirección de Programación de la CFE es la encargada de determinar, de manera preliminar, el tipo de estructura a emplear en cada Línea de Transmisión, con base en los requerimientos de transmisión de energía; de manera particular, durante el recorrido de la trayectoria y durante el proceso de diseño, es posible detectar la necesidad de utilizar otro tipo de estructuras. a) Torres autosoportadas, de retenidas y marcos de remate Torres autosoportadas Comúnmente se conocen como “torres autosoportadas” (Self-supporting lattice steel tower) a las estructuras formadas por celosía(enrejado) de acero, que por su geometría y diseño son capaces de soportar su propio peso y las fuerzas ejercidas por los cables conductores y de guarda. Debido a su aplicación en cualquier tipo de terreno, las torres autosoportadas son los tipos de estructuras más tradicionalmente usadas para líneas de transmisión aéreas. Se pueden diseñar para diversas configuraciones de varios circuitos con diferentes disposiciones de fases en el espacio; resultan ser el diseño más económico aún en casos de requerimientos de torres de gran altura. Las torres autosoportadas están formadas con las partes mostradas en la Figura .. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 30 MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Crucetas para cables conductores Puente o Trabe Crucetas para cables de guarda Cintura Ventana Cuerpo Piramidal Cerramiento Patas o Extensiones Bottom Panel Crucetas para cables de guarda Crucetas para cables conductores Cuerpo Recto Cuerpo Piramidal Cerramiento Patas o Extensiones Bottom Panel Figura . Partes que conforman torres autosoportadas. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 31 MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Torres de retenidas Las “torres de retenidas” (Guyed steel tower) son estructuras formadas por celosía(enrejado) de acero, que para soportar su propio peso y las fuerzas ejercidas por los cables conductores y de guarda, requieren de cables anclados al terreno, denominados “retenidas”. Las torres de retenidas son de dimensiones robustas, peso ligero y constante mantenimiento. El uso de este tipo de estructuras inicio en los años 30’s con forma de “H” denominadas “tipo portal”, Figura ., años posteriores se introdujo el uso de torres en forma de “V”, Figura ., y raramente se ha usado torres en forma de “Y”, Figura .. La aplicación de torres con retenidas es común para líneas largas de sólo un circuito, especialmente parar terreno plano y accesible, por razones económicas y de estética. Para el uso de estas torres en zonas agrícolas se debe prever el refuerzo de anclas en la cimentación para minimizar el daño por impacto de la maquinaria agrícola. Marcos de remate Los marcos de remate son comúnmente usados como estructuras mayores en las subestaciones eléctricas, sin embargo, han resultado buena opción para su aplicación en líneas de transmisión; principalmente en cruzamientos por debajo de otras líneas de transmisión, donde se requiere baja altura de las estructuras para lograr los libramientos de distancias dieléctricas. Normalmente los marcos de remate se diseñan de celosía de acero, aunque también es posible sean de acero tubular (ver Figura .). b) Postes troncocónicos Los postes troncocónicos (Conical steel poles) son estructuras conformadas por secciones cónicas de acero, de apariencia esbelta (ver Figura .). Son frecuentemente usados en zonas urbanas y suburbanas donde los anchos de derechos de vía son estrechos y solo es posible el uso de claros interpostales cortos. Estos postes también son usados como estructuras compactas; incluyendo el empleo de crucetas aisladas. Son estructuras aplicadas para minimizar el impacto visual de las instalaciones. Es común que se usen para niveles de tensión eléctrica a partir de los 115 kV. Con estos tipos de estructuras es posible alcanzar alturas relativamente altas para el enganche de los cables. Es importante considerar que los proyectos de líneas de transmisión con postes troncocónicos son de alto costo de inversión. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 32 MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Crucetas para Cables de Guarda Trabe Crucetas para Cable Conductor Retenidas Columnas en Portal Columnas en Portal Cimientos de Concreto Figura . Torre de retenidas tipo portal. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 33 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 34 .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Crucetas para Cables de Guarda Trabe Crucetas para Cable Conductor Retenidas Retenidas Columnas en "V" Columnas en "V" Cimientos de Concreto Figura . Torre de retenidas “V”. MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 35 . Torre de retenidas “Y”. Marco de remate. Figura . denominados “postes de transición” (ver Figura .). Placa base.. Brazos o crucetas. se ilustran las partes principales de los postes troncocónicos. se les conoce como postes troncocónicos “tipo lindero” (ver Figura . En las Figura .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Cuando el diseño de los postes troncocónicos contempla la posición de los circuitos de un solo lado. incluyendo el tipo lindero y transición. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 36 . Poste troncocónico de doble circuito. y Figura . Las partes principales que conforman a un poste troncocónico son las siguientes: Tapa. Otra variedad del uso de estos postes es para realizar transiciones de cable aéreo a cable aislados de potencia subterráneos. Escalones. Figura . así como sus respectivas fotografías para observar de forma detallada algunos de los elementos que los conforman. Cañas.). Figura . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 37 .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Tapa Brazo o Cruceta para Cable de Guarda Tercera sección de la caña del poste Brazo o Cruceta para Cable de Conductor Segunda sección de la caña del poste Primera sección de la caña del poste Escalones Placa base para anclas Cimentación Figura . Partes de un poste troncocónico. Postes troncocónicos tipo lindero. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 38 .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Tapa Brazo o Cruceta para Cable de Guarda Tercera sección de la caña del poste Brazo o Cruceta para Cable de Conductor Segunda sección de la caña del poste Primera sección de la caña del poste Escalones Placa base para anclas Cimentación Figura . Postes troncocónicos de transición. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 39 .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Brazo o Cruceta para Cable de Guarda Tapa Cuarta sección de la caña del poste Tercera sección de la caña del poste Brazo o Cruceta para Cable de Conductor Terminal Aéreo-Subterránea y Apartarrayos Cables de Potencia Segunda sección de la caña del poste Salidas para Canalizar los Cables de Potencia Cimentación Primera sección de la caña del poste una parte ahogada en la cimentación Figura . (a) (b) Figura . pandeos.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 En cuanto a la cimentación. (a) Poste directamente empotrado. se ilustran las fotografías de postes troncocónicos telescopiados y bridados. De acuerdo con la clasificación anterior. En la Figura . Bridados. Con placa de base. En la Figura . instalación de equipo de maniobra y protección). puesto que el acoplamiento entre secciones permite tener mayor fuerza mecánica ante deformaciones. se ilustran las fotografías de postes troncocónicos directamente empotrados y con placa base. pueden ser: Telescopiados. (b) Poste con placa base de apoyo. Los postes troncocónicos de acuerdo a su acoplamiento entre secciones. los postes troncocónicos pueden clasificarse en: Directamente empotrados. Estos daños pueden ser originados principalmente por condiciones climatológicas (cargas por viento. mostrando las condiciones de apoyo de acuerdo a su clasificación. etc. los postes telescopiados son los que mayor aplicación tienen actualmente por CFE. Clasificación de tipos de apoyo para postes troncocónicos. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 40 . indicando el tipo de acoplamiento entre secciones. permitiendo contribuir con las restricciones del ancho de derecho de vía en zonas urbanas. La instalación de los aisladores se realiza directamente sobre la estructura y generalmente se utilizan aisladores tipo poste para el uso en suspensión. económicos y su montaje es muy sencillo en comparación a las torres de celosía convencionales. c) Postes “Morelos” Este tipo de estructuras surgen ante la necesidad de contar con postes de transmisión de energía en redes de distribución y subtransmisión para niveles de tensión eléctrica de hasta 115 kV. (a) Poste telescopiado. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 41 .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 (a) (b) Figura . Algunas de las ventajas de este tipo de postes son: Su diseño estructural garantiza el adecuado comportamiento de las cargas mecánicas que actúan sobre la estructura La silueta del poste reduce al mínimo el espacio requerido para su instalación. Son ligeros. (b) Poste bridado. Clasificación de postes troncocónicos por su acoplamiento. MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 La aplicación de estos postes es para claros relativamente cortos. en comparación con otro tipo de estructuras (postes troncocónicos. la CFE junto con la Compañía de Torres Mexicanas-Tomexsa. Para postes de uso en remates y deflexión. para lo cual es necesaria la instalación de crucetas aisladas para cumplir con las distancias dieléctricas. Los postes Independencia tienen mayor capacidad mecánica que los postes Morelos permitiendo operar a niveles de tensión de 230 kV. La clasificación de acuerdo a su tipo y función refiere a: Poste Morelos Tipo I. madera y torres de acero). se ilustra algunas fotografías de los postes Morelos. d) Estructuras con postes Independencia Como una variación de los postes Morelos. para postes de uso en suspensión y Poste Morelos Tipo II. propusieron el diseño de un poste autosoportado de sección cuadrada con estructura rígida tipo Vierendel (viga de soporte). con los que se pudieran salvar claros mayores de 100 m. Postes Morelos. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 42 . Figura . En la Figura . Para estos tipos de estructuras se emplean retenidas para soportar los esfuerzos mecánicos a los que se someten las estructuras. Herrajes y accesorios. Silueta ilustrativa Poste Independencia. Brazos en “V” o “X” para las configuraciones en H. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 43 . para postes de madera. conformando estructuras denominadas “tipo H” y “tercias” para su uso en suspensión y tensión. Las partes principales para este tipo de estructuras son: Crucetas de acero para conductores e hilos de guarda. Brazos de tablón.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . respectivamente. e) Estructuras formadas por postes de madera Los postes de madera tienen versatilidad desde voltajes de media tensión hasta 115 kV y en algunos países hasta 230 kV. MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Pernos ojo para la sujección de Cables de Guarda Crucetas para Cables Conductores Brazos en "X" Cimentaciones con relleno de rocas Figura . Estructura formada por poste de madera Tipo “H”. Suspensión. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 44 . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 45 . Remate/Deflexión.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Pernos ojo para la sujección de Cables de Guarda Crucetas para Cables Conductores Brazos en "X" Brazos en "X" Cimentaciones con relleno de rocas Figura . Estructura formada por poste de madera Tipo “Tercia”. Se le da este nombre. Suspensión. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 46 . Tipo “H”. Pernos ojo para la sujección de Cables de Guarda Cruceta para Cables Conductores Retenidas Brazos en "X" Retenidas Columnas de cemento Figura .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 f) Estructuras formadas por postes de concreto sección “I” Las estructuras conformadas por postes de concreto tienen la misma aplicación y conformación que las estructuras formadas por postes de madera. Estructura formada por postes de concreto. sustituyendo únicamente la madera por postes de concreto de sección “I”. por la forma geométrica que tiene la sección transversal de los postes. Tipo “Tercia”. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 47 . Remate/Deflexión.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Pernos ojo para la sujección de Cables de Guarda Cruceta para Cables Conductores Retenidas Brazos en "X" Brazos en "X" Retenidas Columnas de cemento Figura . Estructura formada por postes de concreto. Estructuras de acero Dentro de la clasificación de estructuras de acero se encuentran: o o o o o Torres autosoprtadas Torres con retenidas Postes troncocónicos Postes Morelos y tipo Independencia Marcos de remate Estructuras de aluminio El uso del aluminio como material estructural se empezó a utilizar después de la segunda guerra mundial.2 a) Clasificación de las estructuras: Por el tipo de material Los materiales más comunes para la fabricación de estructuras para Líneas de Transmisión de energía eléctrica son el acero. .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 3. ver Figura . en términos generales. el concreto y la madera. siendo estas últimas las de mayor costo. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 48 . la fibra de vidrio y algunos compuestos con polímeros y silicón (polysil). existen otros tipos de materiales como el aluminio. subtransmisión y distribución. Sin embargo. las torres de acero resultan ser las de menor costo por Kilómetro. Aunque. En cuestión económica y por precio unitario. los cuales permiten que el diseño de las estructuras de transmisión minimicen el impacto ambiental y reduzcan el ancho de derecho de vía para aplicaciones en sistemas de transmisión. las estructuras formadas por postes de madera resultan ser las más baratas. las torres de acero y los postes troncocónicos. le siguen en orden las estructuras formadas por postes de concreto. sin embargo. es necesario realizar un estudio económico para determinar el costo por Kilómetro de la Línea de Transmisión. no fue hasta 1960 cuando se diseño la primera torre de aluminio en estados unidos para una línea de transmisión de doble circuito y un nivel de tensión de 220 kV. Las estructuras de aluminio son más ligeras y fácil de instalar en comparación con las de acero. sin embargo. como se muestra en la Figura .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura .. En lo que se refiere a los costos de mantenimiento las estructuras de aluminio resultan ser más baratas que las de acero. Existe la aplicación de postes de aluminio para circuitos de subtransmisión en zonas urbanas. debido a que el aluminio presenta mejores características de resistencia ante condiciones atmosféricas corrosivas. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 49 . Las configuraciones y los detalles estructurales de diseño son prácticamente los mismos que las torres de acero. presentan problemas de mayor deformación originadas por las tensiones mecánicas debido al bajo modulo de elasticidad del aluminio. Torre de aluminio para un nivel de tensión de 220 kV. La comparativa de las torres de aluminio con las torres de acero de celosía resulta : No requieren ser galvanizados por el método de inmersión en caliente. y avances en materiales orgánicos representa una alternativa confiable para el uso en estructuras de transmisión y distribución . postes de transmisión. Estructuras con materiales compuestos La confiabilidad de una estructura de transmisión depende no sólo de su diseño. Actualmente. la investigación de nuevos materiales compuestos reforzados de fibra de vidrio con polímeros (FRP). el detalle de las conexiones. si no del desarrollo estructural del arreglo. fabricación. distribución. ha sido en estructuras de transmisión de energía eléctrica tales como. tipo y calidad de los materiales. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 50 . En la Figura . Poste de aluminio de subtransmisión. crucetas y brazos en “X” para estructuras en configuración “H” . uniformidad en la calidad de las secciones estructurales.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . . Estructuras de fibra de vidrio La mayor aplicación que se le ha encontrado a la fibra de vidrio en los últimos años. se ilustran algunas fotografías con la aplicación de este tipo de materiales en sistemas de transmisión y distribución . son cubiertas con poliuretano en la superficie externa. En relación al diseño de crucetas y brazos. A continuación se mencionan algunas de las principales ventajas que tienen los postes de fibra de vidrio en comparación con los postes de acero. (a) Poste de distribución con crucetas de fibra de vidrio. epoxy. Además. estos generalmente están compuestos de plásticos reforzados con fibra de vidrio con accesorios dúctiles (flexibles) de hierro galvanizado. madera y concreto . (c) Estructuras “H” y crucetas de fibra de vidrio. o cycloaliphatic. El material plástico está compuesto de poliéster. También. Postes de fibra de vidrio. y todos los empalmes son sellados para prevenir la penetración de la humedad .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 (a) (b) (c) Figura . (b) Postes de transmisión. : 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 51 . las crucetas y los brazos se mezclan con resinas plásticas para prevenir el deterioro por los rayos ultravioleta del sol. utilitarias como Florida Power and Light Company. en la revista Transmission and Distribution World. se espera que el ahorro en mantenimiento y otras ventajas adicionales amorticen el gasto inicial . el 60% del acero y el 15% o menos del concreto. En promedio. han participado en la instalación de una línea de transmisión de 138 kV con postes Polysil. puesto que estos se instalan entre las secciones de los aisladores. aproximadamente 30% el peso de la madera. Sin embargo. al picoteo de pájaros.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Los postes de fibra de vidrio no requieren ser pintados o galvanizados (método de inmersión en caliente) como en el caso de los postes de acero. Inc.. Las propiedades físicas de este tipo de materiales son excelentes aisladores y estructuralmente son bastante fuertes. y Hughes Supply. Por lo que. es decir. Sin embargo. . ver Figura . a la descomposición. la investigación de nuevos materiales compuestos de polímeros y silicón (Polysil) para aplicaciones en estructuras de transmisión ha sido desarrollada por el EPRI (Electric Power Institute Research). Son un excelente aislador. madera o concreto y sustancialmente son más ligeros. Los postes “Polysil” presentan las siguientes características : Los postes constan de cuatro aisladores sobrepuestos sobre el eje vertical y están diseñados para ensamblarse directamente al poste. y los cables de guarda son instalados en la parte superior del aislador. el costo de un poste es aproximadamente un tercio más caro que el de un poste de madera. Actualmente. incluso bajo condiciones climatológicas con lluvia. Minimizan el espacio requerido para un circuito y mantienen la apariencia de la silueta al mínimo. Los postes compuestos son inmunes a la congelación. Los postes de transmisión con fibra de vidrio tienen un coeficiente mayor de rigidez-peso que el acero. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 52 . Postes de Polysil. No es necesario tener crucetas para el montaje de los cables conductores. el costo de un poste de fibra de vidrio constituye una de las principales desventajas. b) Por la cantidad de circuitos y disposición de fases en el espacio Las configuraciones más típicas de disposición de fases en el espacio son horizontales. aprovechando las limitaciones del ancho de derecho de vía de las torres de acero. Generalmente la disposición horizontal produce estructuras de menor peso. verticales y en delta. y delta Figura . Estéticamente son adecuados para zonas urbanas. y la configuración en delta minimiza pérdidas eléctricas y efectos de campo magnético para estructuras de un sólo circuito.. la disposición vertical genera estructuras que demandan menor ancho de derecho de vía. Postes Polysil (ilustrativa) para una línea de transmisión de 138 kV. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 53 ..MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . En relación a la altura del poste esta puede variar acuerdo a los requerimientos del terreno. vertical Figura . Se ilustran las fotografías estructuras con disposición de fases horizontal Figura . Torre autosoportada con disposición de fases vertical. Torre autosoportada con disposición de fases horizontal.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 54 . Figura . sin embargo. Por la cada vez mayor problemática social y ambiental para la construcción de nuevas Líneas de Transmisión. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 55 . incluso de diferente nivel de tensión eléctrica. se ha generado la necesidad de utilizar estructuras de más de un circuito. Las estructuras más comunes son las de dos circuitos.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . Torre autosoportada con disposición de fases delta. existen enlaces que requieren de estructuras de hasta cuatro circuitos. Se ilustran las fotografías de un poste troncocónico de cuatro circuitos (dos circuitos para 69 kV y dos circuitos para 230 kV) y una torre autosoportada de cuatro circuitos para 230 kV (instalados sólo tres circuitos). Figura . Poste troncocónico de cuatro circuitos (2 de 230 kV y 2 de 69 kV). Torre de acero de cuatro circuitos de 230 kV (instalados tres circuitos). 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 56 .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . normalmente no exceden los 3º. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 57 . igualando las tensiones longitudinales de los conductores en los claros adyacentes . Durante condiciones normales de operación. Además. las estructuras de suspensión constituyen entre el 80 y 90% del total de las estructuras consideradas en el diseño de una línea de transmisión . están diseñadas para soportan únicamente las cargas verticales y la fuerza ejercida por la presión del viento actuando perpendicularmente con respecto a la dirección de la trayectoria de la línea de transmisión. Los ángulos de deflexión que se recomiendan para el diseño de este tipo de estructuras oscilan entre los 5° y 60 ° dependiendo de las características de la línea de transmisión . Las estructuras de deflexión soportan las fuerzas ejercidas por la tensión de los cables cuando la trayectoria de la línea cambia de dirección. las tensiones en los cables no transfieren esfuerzos adicionales a estas estructuras. tales que el eje transversal de la cruceta biseca (divide) el ángulo formado por el conductor. se ilustran los ángulos de deflexión y cambios en la trayectoria de una línea de transmisión. Estructuras de remate Las estructuras de remate son diseñadas para resistir la tensión permanente en el tendido de los conductores en un solo lado. Generalmente se colocan al inicio y final de la línea de transmisión con ángulos desde 0º hasta 90º. Este tipo torres se colocan en los puntos de intersección o inflexión.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 c) Por su función Acorde a su función. En la Figura . las estructuras usadas para Líneas de Transmisión son divididas en tres tipos o clases: Estructuras de suspensión Las estructuras de suspensión (suspension supports) se utilizan en tramos rectos o con ángulos de deflexión muy pequeños con respecto al cambio de dirección del eje de la trayectoria de las líneas de transmisión. Estructuras de deflexión Las estructuras de deflexión (Angle supports) son utilizadas cuando la línea de transmisión cambia de dirección. Es práctica común que las compañías suministradoras de energía eléctrica. 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 58 .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Trayectoria de la línea de transmisión Ángulo de deflexión a la derecha Ángulo de deflexión a la izquierda Figura . Trayectoria de la línea de transmisión y ángulos de deflexión. Para evitar este evento indeseable es necesario intercalar estructuras de remate (denominadas “rompe-tramos”). no es recomendable utilizar solamente estructuras de suspensión. con longitudes muy grandes. Adicionalmente. Estructuras de emergencia. comúnmente llamados “tangentes”. Cada familia de estructuras consiste al menos de una estructura para su uso en remate. existen otro tipo de estructuras que se pueden clasificar como especiales de acuerdo a su función: Estructuras de transposición. entre estas podemos citar cruces de ríos o lagos con claros grandes. cuenten con conjuntos de estructuras normalizadas para cada nivel de tensión eléctrica – comúnmente llamadas familias -. Estructuras especiales Generalmente en el diseño y construcción de una línea de transmisión se presentan condiciones especiales de operación. una estructura para su uso en deflexión y una estructura para su uso en suspensión. ya que al presentarse una eventual rotura de cable. lo que se conoce como “fallas en cascada”. las cuales requiere de estructuras con altura extraordinarias. como lo es la CFE. podría presentarse la falla mecánica de todas las estructuras de suspensión del tramo. Cuando existan tramos rectos de trayectorias. MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura .. Estructuras de transposición Las estructuras de transposición sirven para cambiar de posición física las fases de un circuito especifico. y Figura . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 59 . RGC Sureste. Chiapas. Ubicación de estructuras en el cruce del embalse de la presa Nezahualcóyotl. A este tipo de estructuras se les consideran como estructuras especiales porque el diseño de las crucetas es diferente al de una estructura convencional. ver Figura . Estructuras especiales. Torre de acero para transposición de fases. etc. inclusive en algunos casos por vandalismo. fuertes vientos. A estas estructuras se les conoce como “Sistemas de Restauración 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 60 .. deslaves.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Figura . Secuencia de transposición simple de una línea de transmisión. un circuito. huracanes. Figura . Estructuras de emergencia La función principal de las estructuras de emergencia es restablecer el sistema de transmisión de energía eléctrica en lugares donde las estructuras de una línea de transmisión han sido dañadas por fenómenos meteorológicos tales como. Figura . En la sección CARGAS 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 61 . Este cambio de dirección genera fuerzas transversales sobre la estructura. Esto se debe principalmente porque el costo de instalación y montaje son factibles para mantener el servicio de energía eléctrica hasta que las estructuras dañadas sean reparadas completamente. modificar la trayectoria para reducir el ángulo de la deflexión.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 de Emergencia” o Estructuras tipo LINDSEY (derivado del nombre del fabricante) .3 Consideraciones mecánicas de las estructuras de soporte a) Deflexión La deflexión en una Línea de Transmisión se define como el ángulo de cambio de dirección en la trayectoria de la línea de transmisión. Actualmente las compañías encargadas de suministrar energía eléctrica en varias partes del mundo y principalmente la Comisión Federal de Electricidad. Estructuras tipo LINDSEY. mismas que deben ser consideradas al momento del diseño propio de la estructura. han utilizando temporalmente este tipo de estructuras para resolver problemas de transmisión de energía eléctrica en el país. En la Figura . Asimismo. se debe verificar que esta sea capaz de soportar la deflexión requerida por el proyecto. se debe generar un nuevo diseño de estructura o. se ilustran algunas fotografías de este tipo de estructuras . al momento de seleccionar una estructura con diseños propios de la CFE. 3. de ser posible. en caso contrario. c) Claro medio horizontal El “claro medio horizontal” o “claro de viento” es igual a la semisuma de los claros adyacentes de una estructura de transmisión y es proporcional a la fuerza transversal horizontal debida a la carga de viento que actúa sobre los cables conductores y cables de guarda. L1 es la longitud del claro anterior a la estructura medido en la dirección longitudinal en [m] . Sin embargo. CV es la longitud del claro de peso de la estructura en [m] . Lp1 es la longitud del vértice de la catenaria anterior a la estructura en [m] . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 62 . CMH es la longitud del claro de viento en dirección longitudinal en [m] . El claro de peso máximo permisible generalmente no es la condición crítica para la selección de una estructura en particular.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 TRANSVERSALES de este documento se analiza el efecto de las cargas transversales por deflexión de la Línea de Transmisión. Y se obtiene mediante la siguiente expresión. CMH L1 L2 2 (-) Donde. L p 2 es la longitud del vértice de la catenaria posterior a la estructura en [m] . Para fines de diseño de las estructuras los claros utilizados y a verificar como parte del proyecto electromecánico de la Línea de Transmisión son los denominados claro medio horizontal y claro vertical. b) Claro efectivo El claro efectivo es la distancia horizontal entre dos estructuras consecutivas. los claros de peso pequeños pueden ser críticos en lo referente a que pueden generar tiros ascendentes de las torres. L2 longitud del claro posterior a la estructura medido en la dirección longitudinal en [m] . CV Lp1 Lp 2 (-) Donde. d) Claro vertical El “claro vertical” o “claro de peso” es igual a la distancia horizontal entre los vértices de las catenarias a uno y otro lado de la estructura y es proporcional a la fuerza vertical debida al peso de los cables conductores y cables de guarda. Sin embargo. Claro de medio horizontal y Claro vertical en estructuras de transmisión. sí la fuerza o tiro del claro ascendente es mayor que la carga descendente del claro adyacente. Claro de peso CV= Lp1+Lp2 Lp2 Lp1 Claro de viento CMH= L1+L2 2 L1 L2 L3 Figura . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 63 . La cantidad de esta fuerza ascendente es igual al peso del conductor desde la estructura inferior hasta el punto más bajo de la flecha. e) Tiro ascendente Este efecto de tiro ascendente ocurre cuando el claro de peso o vertical en una estructura de transmisión es negativo. Esto indica que el conductor en el claro ascendente está ejerciendo una fuerza negativa (hacia arriba) sobre la estructura más baja. ver Figura . se presentara un levantamiento en la estructura ocasionando que la fuerza que se ejerce en los conductores levante las cadenas de aisladores. se ilustran los claros medio horizontal y vertical en estructuras de transmisión. es decir. el punto más bajo de la flecha puede descender más allá del punto más bajo del soporte de la estructura. en claros abruptamente inclinados. esto generalmente se presenta bajo condiciones de temperatura mínima y en trayectorias de líneas de transmisión que tienen tramos con terrenos montañosos con claros a desnivel o inclinados ..MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 En la Figura . MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Flecha mínima Flecha máxima Levantamiento de la estructura Flecha mínima Flecha máxima Figura . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 64 . L1 es la longitud del conductor en el claro 1 en [m] . Ilustración del levantamiento del conductor . Determinación del tiro ascendente “Uplift” Para calcular el tiro ascendente partiremos del análisis de la Figura . De la Figura .. la cual es representativa de un tramo de una línea de transmisión con claros a distinto desnivel . C es el parámetro de la catenaria en [m] . si estuviera nivelado. a1 es la longitud del claro 1 en [m] . Bajo este contexto es importante determinar el tiro ascendente “uplift” resultante en las estructuras con posibilidad de presentar problemas de tiro ascendente. L1 2Csenh a1 2C (-) Donde. obsérvese que el tiro ascendente resultante en el soporte 2. Una forma de solucionar este problema es agregando contrapesos a las cadenas de aisladores o utilizar estructuras de tensión . Para determinar la longitud del conductor en el claro 1. se considera únicamente los ejes XY. esta dado por efecto de las catenarias adyacentes de los claros 1 y 2. h1 es el desnivel del claro 1 en [m] . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 65 .. La posición cartesiana de la estructura 2 está dada por. Tx 2 T0 cosh x2 C (-) Donde. T0 es la tensión mecánica máxima resultante del conductor en [kg ] . La posición cartesiana de xm1 a la mitad del claro se determina con la expresión. el tiro ascendente en el soporte 2 debido a la presencia del conductor en el claro 1 esta dado por. L1 es la longitud del conductor en el claro 1 [m] . Por lo tanto.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Y h2 2 Y´ 3 h1 1 X 2´ O´ X2 0 Xm1 Xm2´ a2 X X´ a1 Figura . Análisis del efecto del tiro ascendente “Uplift” sobre la estructura 2 . C es el parámetro de la catenaria en [m] . C es el parámetro de la catenaria en [m] . x2 xm1 a1 2 (-) El tiro vertical en cualquier punto “x” del conductor en el claro 1 esta dado por. xm1 Csenh 1 h1 L1´ (-) Donde. xm 2´ Csenh 1 h2 L2 (-) Donde. L2 es la longitud del conductor en el claro 2 [m] . Ahora si analizamos el claro 2. x2 ´ C Tx 2 ´ T0 cosh (-) 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 66 . T0 es el tiro máximo resultante del conductor en [kg ] . x2´ xm 2´ a2 2 (-) El tiro vertical en cualquier punto del conductor del claro 2 esta dado por. si estuviera nivelado.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Tv 21 Tx 2 2 T0 2 T0 2 cosh 2 x2 C T0 2 T0 senh x2 C (-) La ecuación (-) debe cumplir para las siguientes condiciones: Si Si x2 x2 0 0 Tv 21 Tv 21 0 Hacia arriba (-) 0 Hacia abajo Donde. C es el parámetro de la catenaria en [m] . a2 es la longitud del claro 2 en [m] . La posición cartesiana del soporte 2 respecto a los ejes X´Y´ está dada por. La posición cartesiana de xm 2 ´ a la mitad del claro se determina con la expresión. x2 posición cartesiana de la estructura 2. Tv 21 es el tiro ascendente entre los soportes 2 y 1 en [kg ] . C es el parámetro de la catenaria en [m] . para los soportes 2 y 3 con los ejes X´Y´ se tiene que la longitud del conductor esta dado por. L2 2Csenh a2 2C (-) Donde. h2 es el desnivel del claro 2 en [m] . Tx 2 es el tiro ascendente en cualquier punto del claro 1 en [kg ] . L2 es la longitud del conductor en el claro 2 en [m] . C es el parámetro de la catenaria en [m] . se tiene que el claro de peso de la estructura ( a p ) es la diferencia de la posición cartesiana de los ejes coordenados XY y X´Y. Sin embargo. Finalmente el tiro ascendente neto en el soporte 2 esta dado por. C es el parámetro de la catenaria en [m] . Tv 2 tiro ascendente neto en [kg ] . Tv 21 es el tiro ascendente entre los soportes 2 y 1 en [kg ] . Tx 2 es el tiro ascendente en cualquier punto del claro 1 en [kg ] . x2 ´ posición cartesiana de la estructura 2 respecto a los ejes X´Y´. El claro de peso en el soporte 2 esta dado por. El tiro vertical en el soporte 2 debido a la presencia del conductor en claro 2 será. C es el parámetro de la catenaria en [m] . Tv 2 tiro ascendente neto en [kg ] . Tv 22 Tx 2 2 T0 2 T0 2 cosh 2 x2´ C T0 2 senh x2´ C (-) La ecuación (-) debe cumplir para las siguientes condiciones: Si Si x2´ 0 x2´ 0 Tv 22 0 Hacia arriba (-) Tv 21 0 Hacia abajo Donde. de la Figura . ap 280607 060707 130707 030807 100807 x 2 x2´ 310807 181209 (-) 67 . T0 es el tiro máximo resultante del conductor en [kg ] . T0 es el tiro máximo resultante del conductor en [kg ] . Tv 2 Tv 21 Tv 22 (-) Donde.MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Donde. a p claro de peso de la estructura en [m] . Tv 21 es el tiro ascendente entre los soportes 2 y 1 en [kg ] . wc peso unitario del conductor en [kg m] . es decir. Tv 22 es el tiro ascendente en el soporte 2 en [kg ] . Tv 22 es el tiro ascendente en el soporte 2 en [kg ] . ap Tv 2 wc (-) Donde. ap x2 x2´ xm1 xm 2´ xm1 a1 2 xm 2´ a2 2 xm1 xm 2´ a1 a2 2 xm1 xm 2 ´ av (-) Finalmente si se iguala el claro de peso con la posición cartesiana de los ejes XY y X´Y´ a la mitad del claro. a p av xm1 xm 2´ (-) Donde. P es el peso del conductor soportado en la cadena en [kg ] . Tv 2 wc ( x2 x2 ´) (-) De la ecuación (-) se tiene que las relaciones de x 2 y x 2´ están definidas por las ecuaciones (-) y (-). av es el claro de viento en [m] . es el ángulo de deflexión de la línea de transmisión en [ ] . xm1 posición cartesiana de la estructura a la mitad del claro en los ejes XY en [m] . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 68 . por lo tanto. wv es la presión del viento sobre el conductor en [kg m ] . xm 2 ´ posición cartesiana de la estructura a la mitad del claro en los ejes X´Y´ en [m] . Q es el peso de la cadena de aisladores en [kg ] .MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 El tiro vertical resultante en el soporte 2 esta dado por la expresión. Determinación del contrapeso requerido para eliminar el efecto de tiro ascendente “Uplift” Para calcular la magnitud de los contrapesos requeridos es necesario considerar el ángulo de balanceo de las cadenas de aisladores. se tiene que el claro de peso de la estructura esta dado por. av claro de viento en [m] . el cual está dado por la expresión . a p es el claro de peso de la estructura en [m] . Qv es la fuerza de viento sobre la cadena en [kg ] . es el ángulo de balanceo de la cadena de 2 aisladores en [ ] . 2T0 sen tan 2 wv av cos P Q 2 2 Qv 2 (-) Donde. . se tiene la expresión. T0 es el tiro máximo del conductor en [kg ] . MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Es importante mencionar que el ángulo de balanceo de la cadena de aisladores tiene un límite tal que no viole la distancia dieléctrica de fase a tierra. 2T0 sen tan 2 wv av cos Q P C 2 2 Qv 2 (-) Despejando C de la ecuación (-). 2T0 sen C 2 wv av cos 2 tan Qv 2 P Q tan 2 (-) En la Figura . se ilustra una cadena de aisladores con tres contrapesos dispuestos verticalmente. Viento h d d a Figura . se tiene que el contrapeso esta dado por. Bajo este contexto.. Cadenas de aisladores con contrapesos . 280607 060707 130707 030807 100807 310807 181209 69 . aunque también pueden ser instalados de modo horizontal. Estos contrapesos se fabrican de hierro fundido galvanizado en caliente y se les construye tanto en sección circular como en rectangular . la ecuación (-) del ángulo de balanceo queda de la forma. S..MANUAL PARA DISEÑO DE LÍNEAS DE TRANSMISIÓN AEREAS CPTT-DDLT-001/02 Referencias: CFE 1995. Kurtz and T. and Beaty H. 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