Objetivo : by 3g46oqRo

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									  UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
     FACULTAD REGIONAL ROSARIO
          INGENIERIA ELECTRICA




Transmisión y Distribución de la Energía



        Cálculo Línea Media Tensión

               Problema Abierto



  Profesor : Ing. Juan C. Cortelloni
  Jefe T.P. : Ing. J. Nocino




  Alumnos: Ventureira, Marcelo   Legajo: 10993
           Sarnago, Gustavo      Legajo: 27084



                Año 2007
UTN-FRRO                    TRANSMISION Y DISTRIBUCION DE LA ENERGIA                2007




Objetivo :

En el presente trabajo se pretende realizar el cálculo de parámetros característicos de una
línea de transmisión aérea de 33 KV para vincular la E.T. “XX”, perteneciente a una
localidad de la gerencia Rosario, a la E.T. Firmat con una longitud de la traza de 27 Km.
Para ello nos ajustamos a las Especificaciones Técnicas de la Empresa Provincial de la
Energía que rigen para el proyecto y construcción de líneas aéreas de transmisión de
energía de 13,2 ; 33 ; 66 y 132 Kv. Dentro de los límites de la Provincia de Santa Fe.
La zona donde se realizará la traza es típica configuración de llanura, donde se deberán
sortear dos obstáculos geográficos. El primero la Ruta Nacional Nº 33 y el segundo es el
canal La Blanqueada (no navegable).-


Elección del conductor y disposición de montaje :

Teniendo en cuenta que la demanda máxima es de 1250 KW, el sobre dimensionamiento
debe ser estimado para un crecimiento vegetativo anual del 3,5 %, siendo la vida útil de la
línea de 30 años, se tiene:

Crecimiento en por cientos dentro de 30 años es 100.5 %

  Ilinea = P / (3)1/2 Vlinea cos = 1250 KW / (3)1/2 x 33 KV x 0.9 = 24,3 A, actualmente

Dentro de 30 años tenemos Ilinea = 24,3 A x 2,05 = 49,81 A




  Secciones Nominales                   Conductor                      Hilo de Guardia
                                       AL/AC (50/8)                     A°G°(35 mm2)
Sección Real                        56,3 (mm2)                33,63 (mm2)
Diámetro                            9,6 (mm)                  7,5 (mm)
Peso                                195 (Kg/Km)               269 (Kg/Km)
Carga de rotura                     1.686 (Kg)
Modulo de Elasticidad               8.100 (Kg/mm2)            18.500 (Kg/mm2)
Coeficiente de dilatación           19,1E-06 (°C)             11,5E-06 (°C)
Corriente admisible                 170 (A)



In = 170 A


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  La capacidad máxima de corriente está calculada para cables aluminio/acero y para una sobre
elevación de temperatura de40°C sobre una temperatura ambiente de 40 °C, con viento
transversal de 0.60 m/s y un factor de emisividad de 0.5, sin sol.


Disposición de los conductores:

 Para la traza de 27.000 m. adoptaremos la disposición TRIANGULAR que da alturas
intermedias (mayores que en la disposición coplanar horizontal y menores que en la
disposición coplanar vertical), y la franja de servidumbre será un poco más ancha que en
la disposición coplanar vertical. Tiene la desventaja con respecto a la disposición coplanar
vertical de que no es posible añadirle con el tiempo otra posible terna en el caso que fuese
necesario.
La más conveniente desde el punto de vista del cálculo, por su simplicidad es con:

                                      Vano = 90 m.
                         Nº de vanos = 27.000 m. /90 m. = 300
                         Nº de estructuras de retención = 25


Incidencia del viento:
El viento se manifiesta en los cables, y estos a los aisladores y estructuras, mediante una
fuerza paralela al peso que se sumara al propio del conductor, obteniéndose una resultante.
El calculo se realiza con la siguiente expresión:

                    Pviento =  . K . (v2/16) . Q . sen .0,6 + (80/am)

siendo:

     = coeficiente que considera la desigualdad de velocidad del viento, a lo largo del
vano.

                  Para - v > 30 m/seg (110Km/h) es  = 0,75
                       - v < 30 m/seg (110Km/h) es  = 0,85

      = ángulo determinado por la dirección del viento y el eje del conductor.

     K = coeficiente que depende de la forma de la superficie expuesta a la acción del
viento. Para conductores cilíndricos es K = 1,1

     Q = proyección de la superficie expuesta al viento por metro de conductor, según un
plano perpendicular a su dirección y que para el caso de conductores cilíndricos es la
superficie del plano diametral vertical ( m2/m).

     am = vano medio en metros(vano de viento).

     v = velocidad del viento (m/seg).


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0,6 + (80/am) = factor de vano

En la zona donde se realizará la traza, la E.P.E. aporta las condiciones climáticas, que son
características de aquella región.


                   Temp Viento Hielo Tensión Tiro (m) Flecha
         Estado
                   ºC   Km/h mm      Kg/mm2 Kg Total Horiz. Vertic.
            1       45     0    0      3.40  191 1.03  0.00  1.03
            2       -10    0    0      9.45  532 0.37  0.00  0.37
            3       15   145    0     10.98  618 1.47  1.43  0.32
            4        -5   30    0      8.76  492 0.41  0.08  0.40
            5       16     0    0      5.98  336 0.59  0.00  0.59
                                                 Estos datos son aportados por EPE

Para nuestro caso, tenemos dos estados de cálculos de Pviento, los cuales son:

    a) v = 145 km/h = 40,27 m/seg
    b) v = 30 km/h = 8,33 m/seg


a) Pviento = 0,75 . 1,1 . (40,27 2 / 16) . 9,6 x 10-3 . sen 90º .  0,6 + (80/90 m.) 

  Pviento = 1,19 kg/m.


b) Pviento = 0,85 . 1,1 . (8,33 2 m/seg / 16) . 9,6 x 10-3 . sen 90º . 0,6 + (80/90 m.)

  Pviento = 0,06 kg/m.

Con estos valores a continuación se calcularan cual de todos los estados ya mencionados
ocasionarán peores condiciones de tensión y flecha.

Obtención de esfuerzos y flechas para los peores estados :
Según las hipótesis de cálculo de estados climáticos correspondientes nombradas
anteriormente, se tendrá que:

- la flecha máxima cumple para la condición nº 1:

                   Tmáx = 45 ºC ; vv = 0

- la tensión máxima se tendrá para los estados 2, 3 o 4. El análisis se hará

para vano de 90 m

2- Tmín = -10 ºC ; vv = 0
3- T = 15 ºC ; vv máx = 145 Km/h


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4- T = -5º      ,vviento = 30 Km/h

Para determinar cual es el estado mas desfavorable se debe calcular el vano critico para
luego compararlo con el adoptado y de esa manera saber cual es el mas influyente. El cual
tiene la siguiente ecuación :

                                                24    ( 2   1)
                             acritico = adm.                         m
                                                     2  1
                                                      2
                                                            2




                                   Frot  1686 Kg 
                          adm =                        9,98 Kg / mm 2
                                   K  S  3  56,3mm 2 
                                                       

K = 3 (coeficiente de seguridad)
 = 19,10 x 10 -6 (coeficiente de dilatación)

Comparamos el 2 con el 3:

                              W 0.195Kg / m                 Kg 
                       2                  3,46  10 3        2 
                                                            m  mm 
                                         2
                              S   56,3mm




    W         0,195Kg / m2  1,19Kg / m2                       Kg 
3                                               2,14  10  2        2 
                                                                   m  mm 
                                   2
    S                   56,3mm



                                         24  19,10  10 6  (15  (10))º C
             acritico = 9,98 Kg/mm2.                                             50,60m
                                          (21.4  10 3 ) 2  (3,46  10 3 ) 2


Como acritico  a la peor condición será la 3.
Ahora comparamos la condición 3 con la 4:


    W         0,195Kg / m2  0,27 Kg / m2                      Kg 
4                                               4,43  10  2        2 
                                                                   m  mm 
                                   2
    S                   56,3mm

                                          24  19,10  10 6  (15  (5)º C
               acritico = 8,7Kg/mm2.                                               24,6m
                                          (4,43  10  2 ) 2  (2,14  10  2 ) 2

Como acritico  a por lo tanto el peor estado de todos los casos es el 3, es decir el de mayor
viento..

En conclusión podemos tomar :


                                                                                                   4
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Estado 3 = Tmax = Frot/3 = 1686 / 3 = 562 Kg


Calculo de la flecha máxima.

Como se dijo, la flecha máxima aparecerá con el estado 1, entonces, tomando como
referencia el peor de los estados, se ingresará de esta forma a la ecuación de estado.

 12 ( 1  A)  B


      3 = 15 ºC
      3 =  adm
                           Kg 
     3  2,14  10  2 
                           m  mm 
                                  2



donde:
              Kg
E = 8.100        (módulo de elasticidad)
             mm2

                                   a 2  E  2
A  E    ( 1   2 )                       
                                              2

                                     24   2
                                                      90 2  8100  (2,14  10  2 ) 2
    8100  19,10  10 6  (45  15)  9,98                                           7,22
                                                              24  (9,98) 2



     a 2  E  1
                2
                         90 2  8100  (3,46  10 3 ) 2
B                                                       32,72
           24                         24


 12 ( 1  7,22)  32,72

comparando por aproximaciones sucesivas se llega al siguiente resultado:

 1  1,9 Kg / mm 2 ; de donde

T1= 1,9Kg/mm2 x 56,3mm2 = 106,97 Kg = T0

Con esto queda demostrado que T0 < Tmax


           W  a2    0,195  90 2
f max                            1,84m
          8  T min 8  106,97


                                                                                                       5
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Separación entre conductores de fases.

  Cálculo de la distancia mínima entre conductores entre si y entre estos y el hilo de
 guardia.

                          U KV 
  dK      f max  A             m 
                           150

                           33KV 
  d  0,70  1,84  0              m  1.16
                            150

Donde: K es un factor que depende del material y sección del conductor (tabla)
A es la long. de la cadena de aisladores (para aisladores rígidos es cero)




Franjas de Seguridad.

Según Ley Provincial Nº 10.742 y su reglamentación
Se calculará mediante la siguiente fórmula:

              A = a + 2 (Lc + f máx. ) sen Φ + 2 d
Donde:
         A : Ancho de la franja de seguridad (m).-
         a : Distancia horizontal entre conductores extremos (m).-
         lc : Longitud de la cadena de aisladores (m).-
        f máx. : Flecha máxima debido a la longitud de viento máximo.-
         sen Φ: Ángulo de declinación máximo en la cadena de aisladores y
       conductores.-


                                                                                                6
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        d : Distancia horizontal mínima de seguridad según la tabla siguiente:




   Reemplazando en la formula anterior resulta:

   A =1,80 + 2 x (0+1.84) x sen 0° + 2 x 2,20 = 6,20 mts.

   Características de la zona
   Accidentes que cruza la línea (tensión de servicio 33 Kv)

   Cuadro según Especificación Técnica Nº 160 de la E.P.E

1 - Zonas pobladas urbanas y suburbanas, plantas industriales, granjas    Distancia
etc.                                                                       (mts)
a) Altura libre hasta el nivel del suelo                                    8,50

b) Distancia hasta las partes mas próximas de edificios e instalaciones     2,00
2 - Zonas rurales, campos de pastoreo, estancias, huertas, viñedos,
cañaverales, etc.
a) Altura libre hasta el nivel del suelo                                    6,00

b) Distancia hasta la parte mas próxima de árboles cuya altura no           3,00
sobrepase los 4 metros
3 - Autopistas, rutas nacionales y provinciales                             7,00
4 - Ríos, canales no navegables hasta nivel máximo de agua                  4,00

5 - Cruce de Ferrocarril (trocha ancha)                                     11,75


   Detalle de la postación
Los postes de HORMIGON ARMADO 15,00/1200 se lo fabrica con técnicas de vibrado,
centrifugado, pretensado. Se lo utiliza desde media tensión hasta 132 kV en su campo
natural de aplicación, Como los componentes son muy pesados, el costo de transporte

                                                                                           7
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incide notablemente cuando las distancias desde la fábrica son importantes, y aun mas
cuando hay dificultades de acceso a los piquetes. En el montaje se debe cuidar no cargarlo
en forma anormal, se requieren grúas para el manipuleo.

Adoptamos columnas 15/1200 donde verifica los esfuerzos solicitados en cada
retención y cumplimos con la distancia mínima que debe existir entre los
conductores y el suelo en zonas de cruces de rutas nacionales.

PUESTA A TIERRA : se exigirá una resistencia de puesta a tierra de 10 ohm como
máximo medido en condiciones normales de humedad del terreno. Esta medición se efectuará
desconectando el cable del boquete inferior del soporte.
En las estructuras terminales se exigirá una resistencia de puesta a tierra de 5 ohm como máximo,
medido en las condiciones expresadas anteriormente.-




                                                       1.70


                                                       1.40


                                                                     13.50




                                                       1.50




                                                                                                 8
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Cálculo poste doble, retención disposición triangular (vano = 90 m)

   -  Esfuerzo del viento sobre hilo de guardia
                     V2
   Pv HG =   K         Q  sen           Q    a  0.0075m  90m  0,675m 2
                     16
                        40,27 2
   Pv HG = 0,75  1,1           0,675  56,44 Kg                sen  1
                          16

   -   Esfuerzo del viento sobre conductor superior (reducido a la cima)

                        V2
   Pv S =   K             Q  sen            Q    a  0.0096m  90m  0,864m 2
                         16
                          40,27 2                                    11,8haislador
   Pv S    = 0,75  1,1           0,864  72,24 Kg     72,24 Kg                 = 63,14 Kg
                            16                                        13,5hlibre

   -   Esfuerzo del viento sobre conductores inferiores (reducido a la cima)

                      40,27 2                                         10,4haislador
   2 x 0,75  1,1             0,864  144,49 Kg       144,49 Kg                  = 111,31 Kg
                        16                                             13,5hlibre

   -   Esfuerzo del viento sobre aisladores, crucetas y demas elementos de
       fijación : se estima 70 Kg

   -   Esfuerzo del viento sobre el poste doble

                 V 2 2d  D
   Pv = (   K               hlibre ) x 2                         Φcima = 0.28 m
                  16       6
                2  0,28  0,428
   Pv = 56,15                    13,5  2 = 263 Kg                Φnivel   inf =   0,482 m
                        6


   Esfuerzo total del viento:

   Pv = 56,44 Kg + 63,14 Kg +113,31 Kg + 70 Kg + 263 Kg = 563 Kg


   Tensión del Hilo de guardia.
                                                    rotura     1200
   T =  adm x Sección                    adm =            =           = 11,89 Kg/mm2
                                                    coef      3  33,63
   T = 11,89 x 33,63 mm2 = 400Kg




                                                                                                      9
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   Tensión de los tres conductores reducidos a la cima.

                          11,8
   Ts = 9,98 x 56,3mm2 x        = 491 Kg
                          13,5
                             10,40
   Ti = 2 x 9,98 x 56,3mm2 x       = 866 Kg
                              13,5
   Tensión total sobre el poste doble = 400Kg + 491Kg + 866Kg = 1757 Kg

   La fuerza total que repartirá cada columna estará dada por :

            T      Pv         1757 2 563 2
   F=      ( )2  ( )2 =     (    ) (   ) = 357 Kg
            8      2            8      2




Equipamiento a instalar

Descargadores de Sobretensión para Baja y Media Tensión ET 012a y ET 012b
 ALCANCE La presente especificación establece las condiciones que deberán cumplir los
descargadores de Oxido de zinc (ZnO) los que estarán destinados a reducir la magnitud y
la duración de una sobre tensión en un sistema o instalaciones eléctricas de media tensión,
sea esta de origen externo o interno.
CONDICIONES DE UTILIZACIÓN Serán aptos para el montaje a la intemperie, y de
acuerdo a su corriente nominal de descarga se podrá clasificar en :
a. Para Estaciones Transformadoras: ................ 10.000 A.-
b. Para Distribución o intermedias:........................ 5.000 A .
 CONDICIONES ELÉCTRICAS.
Tensión nominal …………………………………..…33 kV
Tensión máxima de servicio………………………… 36 kV
Neutro Rígido a tierra
Potencia máxima de cortocircuito………………….. 300 MVA
Corriente de cortocircuito trifásico simétrico ………..5,2 kA
CONDICIONES AMBIENTALES.
Temperatura máxima:.......................+50 °C
Temperatura mínima: . …………….-10 °C
Humedad relativa ambiente hasta:… 100 %
 VINCULACIÓN CON OTROS ELEMENTOS. Los descargadores serán conectados
entre cada fase y tierra , su vinculación se efectuará por medio de morsetos de cobre o
latón estañados adecuados para cables de cobre de secciones comprendidas entre 16 y 50
mm2.,su fijación sobre postes o crucetas de madera u hormigón será mediante abrazaderas
metálicas individuales o soportes aislados.-
Será provisto de todos los elementos necesarios para su montaje, tales como: abrazadera ti
Todos los Descargadores vendrán provistos del desconectador automático de puesta
a tierra.-


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Seccionadores Tripolares a Cuernos
p Media Tensión uso Intemperie ETN 022)

Los Seccionadores para ser instalados en redes de media tensión.
Tensión nominal …………………………….. 33kV
Frecuencia …………………………………… 50 Hz
Conexión del neutro Rígido a tierra
Tensión máxima de servicio ………………….35kV
Nivel de sobretensiones de origen atmosférico admisibles 170 kVcr ( onda de 1,2/50 ms.)
Potencia de cortocircuito trifásico simétrico máxima 200 MVA


Interruptores (ETN 024)
El medio extintor.del arco podrá ser:
Gran volúmen de aceite (GVA)
Reducido volúmen de aceite (RVA)
Aire comprimido (AC)
Gas Exafluoruro de Azufre (SF6)
Aire con soplado magnético (SM).
Vacío (V).
 El tipo de interruptor podrá ser:.
Unipolar (U)
Tripolar (T)
Interior (I)
Exterior (E).
La clase de recierre podrá ser apto para :
Recierre tripolar (RT)
Recierre Unipolar (RUT)
El recierre en ningún caso será ordenado por los elementos de comando o control del
interruptor. Los lapsos consignados entre aperturas y cierres, deberán entenderse como
aquellos que median entre la emisión de la orden eléctrica de apertura y el instante en que
los contactos principales se tocan.
El accionamiento.podrá ser:
Manual (m)
Motor eléctrico y resortes recargables (e)
Oleoneumático (o)
Gas (g)
Aire comprimido (a)
(a,g,o) mediante electrocompresores, con mando local (l) o Distancia (d).
Tensión auxiliar en corriente contínua.
El valor está consignado en la Planilla de Datos Garantizados. Se utilizará para el
accionamiento del comando a distancia y enclavamiento. Cuando se utilice motor eléctrico
para la carga de resortes, éste será de CC y el tiempo de carga inferior a 30 segundos; en
cambio, cuando la energía para el accionamiento se obtenga de aire comprimido o gas, los
compresores podrán ser accionados por motores de CA.
Se deberá indicar los límites de tensión máxima y mínima a que trabajan correctamente las
bobinas de accionamiento, enclavamiento, motores, etc.




                                                                                           11
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Estos aparatos estarán diseñados para trabajar a temperatura ambiente, comprendida entre
-10º C y + 45º C y alturas sobre el nivel del mar, hasta 1000 metros.-Para contactos de
cobre plateados en aceite, la temperatura máxima que podrán alcanzar será de 90º C.-
Los interruptores contarán con uno o más bulones para la puesta tierra de las partes
metálicas.-
Los gabinetes de comando auxiliares y conjunción dispondrán de calefactores del tipo
protegido (vitrificados, blindados o similar) y termostados para funcionamiento a
temperaturas inferiores a +15_ C. El circuito de calefacción incluirá fusibles tipo DIAZED
y contactores adecuados para el comando automático del sistema.
Señalización.
Los interruptores tendrán señalización mecánica de posición CERRADO-ABIERTO, ésta
será bien visible.
Enclavamientos. Se preferirán los mecánicos a los eléctricos.-
Cuando deba realizarse sobre el interruptor algún ajuste o puesta a punto, será posible
localmente desenergizar los comandos eléctricos a distancia, dándose en consecuencia la
pertinente señalización. El interruptor contará con bloqueos que impidan: iniciar un
recierre si no puede completarse, un cierre si no puede abrir y de apertura, cuando existan
deficiencias en el medio extintor o en la energía acumulada para el accionamiento.



Calculo de la corriente de corto circuito
Diagrama unificar


     A                                             B
                                                                                             C
                          132/33k
                          V
                                                                LINEA 27kms


                                                                Un = 33kV
                        S = 5MVA                                In = 24.3A
 Un = 132kV             Ucc = 12%                               Xl =0.4 ohm / km
 Scc = 406MVA                                  Un = 33kV
                                                                Xl =10.8 ohm



Método MVA
Calcularemos el corto circuito al final de la línea que es donde nos interesa (punto C)

Transformador 132/33kV

          5
Scc          41MVA
        0.12




                                                                                             12
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Línea 33kV

        33^ 2
Scc           100MVA
        10.8



Barra B

                                               B
            A               TRAFO                     LINEA

           406                41                        100




                   406  41
MVA( A, T )                 37,2MVA
                   406  41


MVA( B)  37,2  100  137,2MVA
Corto circuito en C

                                               C
            B                 LINEA

           137,2              100




             137,2  100
MVA(C )                  57,84MVA
             137,2  100


            Scc          57840kVA
Icc(c)                              1013,13 A
            3U           3  33kV




                                                                              13
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Elección del T.I.
Adoptamos un T.I. de agujero transversal cuyas características son:

Un = 33kV
Cl = 1%
a = 50/5
It = 100 In
Id = 6kA
n =30
Rs+Rw = 2ohm      (Rs resistencia secundaria T.I. ; Rw resistencias hilos pilotos)
Prestación = 36VA

Intensidad de limite térmica (It)

It  100  24.3 A  2.43kA

        It
Icc       Ya que It ^ 2  1seg.  Icc^ 2  T
        T


      It   2.43kA
T                2.4seg.
     Icc 0.997kA


T  t" donde t”=0.27seg. ( tiempo de actuación del relé para Icc.)


Intensidad limite dinámica (Id)

Id  1.8  2  It  2.5  It  2.5  2.43kA  6kA

Factor de saturación (n)

Vkp  24  In  ( Rs  Rw  Zb) Zb : impedancia del relé

Vkp  24  3  (2  3)  360


Para n =30, se tiene:

             N (VA)
Vs  n  (          )  n  Vkp
               In

N  30
        360  N  36VA
  3



                                                                                            14
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Elección del relé

Adoptamos un relé de sobre corriente de tiempo inverso cuya curva característica es:




Ajuste del relé

Debido a que la corriente real es muy baja en comparación con la corriente nominal del
cable y teniendo en cuenta el futuro aumento de potencia demandada adoptamos un factor
de 1.5.

I ´a  24.3 1.5  36.45 A

         36.45
I" a           5  3.645 A
          50

Tomamos una I " a  4 A




                                                                                          15
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             50
I ´a  4        40 A
              5

Icc(c)  997 A

         997 A
MCA            24.9
          40 A

Elijo curva 4 del relé ( tiempo de retardo 0.15 seg.)

Para 24.9 nos da un tiempo de disparo de 0.12 seg.

El tiempo total de disparo será: t”= 0.27 seg.


A continuación se adjunta:

- Hoja 16. Tabla de conductores (Pirelli)
- Hoja 17. Tabla de columnas (CIMA S.A.)
- Hoja 18. Nivel de cortocircuito en diferentes E.T. de la Emp Prov. De la Energía




                                                                                            16
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MASTIL S.A.

TABLA DEMOSTRATIVA DE CIMAS Y PESOS DE POSTES DE BAJA Y
MEDIA TENSION.

  LONGITUD
    (mts)         13,00           13,50           14,00           14,50           15,00           15,50             16,00
ROTURA (Kgs)   ø cima   Peso   ø cima   Peso   ø cima   Peso   ø cima   Peso   ø cima   Peso   ø cima   Peso    ø cima   Peso

   900         245      1982   260      2205
   950         245      1988   260      2208
   1000        245      1990   260      2210   260      2335   260      2460
   1050        245      1994   260      2214   260      2340   260      2465
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