aislamientos en subestaciones electricas

8/16/2019 Aislamientos en Subestaciones Electricas

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1. INTRODUCCION

En este documento se presenta la metodología, los datos y los resultados del

estudio de coordinación de aislamiento y de selección del pararrayos paradeterminar el nivel de aislamiento de los equipos de 220 kV de la subestaciónCurramba ubicada en el Perú y perteneciente a la empresa ed de Energía delPerú EP!

"dicionalmente se presenta la selección de las di#erentes distancias el$ctricasincluyendo el anc%o, la altura y la longitud de los campos a partir de lasdistancias mínimas #ase a #ase y #ase a tierra seleccionadas en la Coordinaciónde "islamiento!

2. PARÁMETROS DEL SISTEMA

En la &abla ' se presentan los par(metros generales para la subestaciónCurramba a 220 kV!

Tabla 1. Parámetros Subestación Curramba a 220 kV

Volta)e nominal 220 kV

*recuencia nominal +0 -

&ensión asignada al equipo 2./ kV

&ensión asignada al impulso tipo rayo '0/0 kV

&ensión asignada soportada a la #recuencia industrial .+0 kV

ivel de contaminación ambiental 1EC +03'/4 5uy pesado

6istancia de #uga mínima nominal 7' mm8kV

6istancia de #uga mínima entre #ase y tierra 9/:/ mm

5(;ima corriente de cortocircuito .0 k"

<istema sólidamente puesto a tierra En =

"ltura sobre el nivel del mar /0 m

3. METODOLOGÍA PARA LA COORDINACIÓN DE AISLAMIENTO

El procedimiento de coordinación de aislamiento es la determinación de lasresistencias diel$ctricas de los equipos con relación a los es#uer-os de tensiónque se pueden presentar teniendo en cuenta las características de loselementos de protección!

Para la determinación del nivel de aislamiento de los equipos de la subestaciónse siguió un m$todo determinístico para seleccionar los aislamientos internos



1no > autorestaraubles4 y un m$todo probabilístico simpli#icado de la normaEC +009'?2 para establecer los aislamientos e;ternos 1autorestaurables4!

@os principales pasos para la coordinación de aislamiento sonA

'! 6eterminación de las sobretensiones representativas 1Brp4

2! 6eterminación de las tensiones de soportabilidad para coordinación 1Bc4

7! 6eterminación de las tensiones de soportabilidad requeridas 1Br4

.! 6eterminación de las tensiones de soportabilidad normali-adas 1B4

3.1 DETERMINACIÓN DE LAS SOBRETENSIONES REPRESENTATIVAS (Urp)

3.1.1 Ten!"n # $re%&en%!# !n'&r!#

Para propósitos de coordinación de aislamiento es considerado igual al volta)em(s alto del sistema, en este caso corresponde a la m(;ima de tensión dediseDo de los equipos de patio Bs Bm y la tensión base 1Bbase4!

32⋅=UmUbase

Tabla 2. Tensión base

Tensión asignada al equipo,m

Tensión base, m√

2!√

"

2./ kV 200 kV

@a &abla 7 muestra las di#erentes distancias especí#icas mínimas para losdi#erentes niveles de contaminación según la norma EC +009'?2!

Tabla ". #istancia espec$%ica m$nima nominal

&i'el de polución #istancia espec$%ica m$nima nominal (mm!kV)

@igero '+,0

5edio 20,0

"lto 2/,0

5uy alto 7',0

3.1.2 S*+reen!*ne e,p*r#e<e consideran los valores para las sobretensiones sugeridas en larecomendación EC +009'?2, los cuales incluyen #actores que llevan aresultados conservativos!



3.1.2.1 S*+reen!*ne p*r $## # !err#

@a ocurrencia de una #alla a tierra en un determinado punto del sistema lleva aun aumento de la tensión #ase ? tierra en las #ases sanas cuyo valor depende delgrado de aterri-amiento del sistema!

<i el sistema est( sólidamente puesto a tierra la norma considera que la m(;imasobretensión e#ica- no sobrepasa ',. veces la tensión m(;ima e#ica- #ase atierra del sistema! Para sistemas con neutro aislado las sobretensionesalcan-an %asta ',97 veces la tensión e#ica- m(;ima!

3*)( S

rp

U K e pU =−

en dondeA

K A *actor de #alla a tierra 1Ver ane;o F de la norma EC +009'?24

U sA 5(;ima tensión del sistema, kV

3.1.2.2 S*+reen!*ne p*r re%-#* 'e %#r/#Gtra #uente de sobretensiones temporales es el rec%a-o de carga el cualproduce sobre tensiones que a#ectan el aislamiento #ase > #ase y #ase > tierra!

? *ase a tierra 3*4,1)( S

rp

U e pU =−

? *ase a #ase S rp U p pU *4,1)( =−

3.1.3 S*+reen!*ne repreen#!0# e,p*r#e

@as sobretensiones representativas temporales considerando las anteriores

#uentes no simult(neamente sonA

? *ase a tierra)( e pU rp −

? *ase a #ase)( p pU rp −

3.1. S*+reen!*ne 'e $rene en*

3.1..1 I,p&* &e #$e%#n * e&!p* en # enr#'# 'e # ne#ener/!#%!"n e4re,* re,**

@a re?energi-ación desde el e;tremo remoto resulta en impulsos de sobretensión

#ase a tierra U e2 y #ase a #ase U p2 , seleccionados a partir de la *igura ' de lanorma EC +009'?2! @as sobretensiones representativas para los equipos en laentrada de la línea sin tener en cuenta los pararrayos son los siguientesA

• 25,025,1 2 −⋅= eet U U

• 43,025,1 2

−⋅= p pt U U



dondeA

U e2 A Valor de la sobretensión #ase a tierra que tiene una probabilidad del 2H deser e;cedido 1Ver #igura ' de la norma EC +009'?24

U et A Valor de sesgamiento de la distribución acumulada de las sobretensiones#ase a tierra

U p2 A Valor de la sobretensión #ase a #ase que tiene una probabilidad del 2H deser e;cedida 1Ver #igura 2 de la norma EC +009'?24

U pt A Valor de sesgamiento de la distribución acumulada de las sobretensiones#ase a #ase

3.1..2 I,p&* &e #$e%#n *'* * e&!p* ener/!#%!"n e4re,**%#

@a energi-ación y re?energi-ación local 1e;tremo emisor4 resulta en impulsos desobretensión menos críticos que para el e;tremo receptor, con el #in de ser conservativos se seleccionan los valores recomendados por la norma U e2 y U p2 !

25,0'25,1'2 −⋅= eet

U U

43,0'25,1' 2 −⋅= p pt U U

3.1..3 P#r#rr#5* en # enr#'# 'e # ne# ener/!#%!"n 'e'e e e4re,* re,**

Con el #in de controlar las sobretensiones por energi-ación de la línea en ele;tremo remoto se instalan pararrayos en la entrada de la línea con lassiguientes características de protecciónA

• *l &P+ 1Bps, ivel de protección al impulso tipo maniobra4 es igual a la

m(;ima tensión residual para impulsos de corrientes de maniobra, 'k"!

• *l &P 1Bpl, ivel de protección para el impulso tipo rayo4 es la tensiónm(;ima residual para un impulso atmos#$rico a la corriente nominal dedescarga, '0 k"!

Con el uso de pararrayos, las sobretensiones representativas pueden ser dadasdirectamente por Bps para las sobretensiones #ase a tierra o 2Bps para lassobretensiones #ase a #ase si los valores de protección son menores a losm(;imos es#uer-os de sobretensión Bet y Bpt de #rente lento!

@as sobretensiones de #rente lento representativas sonA

Para todos los otros equiposA

• *ase a tierraA )( e pU rp −

• *ase a #aseA )( p pU rp −

Para equipo a la entrada de la líneaA

• *ase a tierraA )( e pU rp −

• *ase a #aseA )( p pU rp −



3.2 DETERMINACIÓN DE LAS TENSIONES DE SOPORTABILIDAD PARACOORDINACIÓN (U%6)

3.2.1 S*+reen!*ne e,p*r#e

Para esta clase de sobretensiones, la tensión de soportabilidad de coordinación

es igual a la sobretensión representativa temporal, por lo tanto el #actor decoordinación K c es igual a '!

• *ase a tierraA crpcw K U U ⋅=

• *ase a #aseA crpcw K U U ⋅=

3.2.2 S*+reen!*ne 'e $rene en*

@a tensión de coordinación de soportabilidad es obtenida multiplicando el valor m(;imo de la sobretensión representativa por un #actor de coordinacióndeterminístico K cd el cual depende de la relación entre el nivel de protección al

impulso de maniobra del pararrayos U ps y el valor de la sobretensión #ase a tierraU e2 , en la #igura + de la norma EC +009'?2 se muestra la relación!

7#%*r 'e %**r'!n#%!"n 'eer,!n!%*8Para equipo a la entrada de la líneaA

• *ase a tierraAcd

e

ps K U

U ⇒

2

• *ase a #aseAcd

p

ps K U

U ⇒⋅

2

2

Para todos los otros equiposA

• *ase a tierraAcd

e

ps K U U ⇒

2

• *ase a #aseAcd

p

ps K U

U ⇒⋅

2

2

@as tensiones de coordinación ser(n U cw = K cd x U rp

3.2.3 S*+reen!*ne 'e $rene r9p!'*

@a metodología estadística simpli#icada de la norma EC +009'?2 permitecalcular la tensión mínima de soportabilidad de los equipos mediante la siguienteecuaciónA

a sp

pl cw L L

L

n

AU U

+

⋅+=

6ondeA

Ucw A &ensión soportable de coordinación al impulso atmos#$rico, kV

Upl A ivel de protección al impulso tipo rayo del pararrayos, kV

AA *actor dado en la &abla *!2 de la norma EC +009'?2 que describe el



comportamiento de la línea ante las descargas el$ctricas atmos#$ricas, kV

nA úmero de líneas conectadas a la subestación, 1n?'4

LA <eparación equivalente entre el pararrayos m(s cercano y el equipo enconsideración, obtenido deA

4321 aaaa L +++=

a1A @ongitud de la cone;ión del pararrayos a la línea, m

a2 A @ongitud de la cone;ión a tierra del pararrayos, m

a3A @ongitud del conductor de #ase entre el pararrayos y el equipo a proteger para el aislamiento interno y para el aislamiento e;terno, m

a4A @ongitud de la parte activa del pararrayos m

LspA @ongitud del vano de las líneas, m

LaA <ección de línea a$rea calculada a partir de una tasa de salida igual auna tasa de #alla aceptable, a

RaA &asa de #alla aceptable para el equipo, 0,00+9 #allas8aDo 1' #alla8'/0 aDos4

RkmA &asa de #allas por aDo del primer kilómetro de línea desde la subestación,#allas8aDo8km

km

a

a R

R L =

@as sobretensiones de #rente r(pido a#ectan los aislamientos #ase a #ase y #ase atierra de igual #orma!

3.3 DETERMINACIÓN DE LAS TENSIONES DE SOPORTABILIDADRE:UERIDAS (Ur6)

@as tensiones de soportabilidad requeridas son obtenidas aplicando a lastensiones de soportabilidad para coordinación dos #actores de correcciónA

• K a A *actor de corrección que tiene en cuenta la altitud de la instalación

• K s A *actor de seguridad

3.3.1 7#%*r 'e e/&r!'#'

El #actor de seguridad es aplicable a cualquier tipo de sobretensión #ase a #ase y#ase a tierra 1temporal, #rente lento, #rente r(pido4!

• para aislamiento interno ks ','/

• para aislamiento e;terno ks ',0/

3.3.2 7#%*r 'e %*rre%%!"n #,*$;r!%*

El #actor de corrección atmos#$rico est( de#inido por la siguiente ecuaciónA

⋅

= 8150

H m

a e K

6ondeA



H "ltura sobre el nivel del mar, m

mA ',0 para la coordinación de las tensiones de soportabilidad al impulso tiporayo

mA 6e acuerdo a la #igura : de la norma EC 9'?2 para la coordinación de lastensiones de soportabilidad al impulso de maniobra

mA ',0 volta)es de soportabilidad de corta duración a #recuencia industrial dedistancias en el aire y de aisladores

3.3.3 Ten!*ne 'e *p*r#+!!'#' re&er!'#

@os valores para las tensiones de soportabilidad requeridas son obtenidosaplicando la siguiente ecuaciónA

a scwrw K K U U ⋅⋅=

P#r# *+reen!*ne e,p*r#e8

"islamiento e;terno

• *ase a tierra a scwrw K K U U ⋅⋅=• *ase a #ase a scwrw K K U U ⋅⋅=

"islamiento interno

• *ase a tierra scwrw K U U ⋅=

• *ase a #ase scwrw K U U ⋅=

P#r# *+reen!*ne 'e $rene en*8 Equipo a la entrada de la línea

Aislamiento externo

• *ase a tierraA a scwrw K K U U ⋅⋅=

• *ase a #aseA a scwrw K K U U ⋅⋅=

Para otros equipos

Aislamiento externo



Aislamiento interno

• *ase a tierraA scwrw K U U ⋅=

• *ase a #aseA scwrw K U U ⋅=

P#r# *+reen!*ne 'e $rene r9p!'*8 Aislamiento externo





Aislamiento interno

• *ase a tierraA scwrw K U U ⋅=

• *ase a #aseA scwrw K U U ⋅=

3. CONVERSIÓN A TENSIONES DE SOPORTABILIDADNORMALI<ADAS (U6)

En el rango ' 1%asta 2./ kV4 el nivel de aislamiento es normalmente descrito por la tensión soportada a #recuencia industrial y la tensión soportada al impulso tiporayo! @a &abla . muestra los #actores de conversión requeridos, obtenidos de la&abla 2 de la norma EC +009'?2!

Tabla -. actores de con'ersión para rango /

islamiento

Tensión desoportabilidad decorta duración a

%recuencia industrial

Tensión de soportabilidad alimpulso tipo rao

"islamiento e;terno 1seco4

- *ase a tierra

- *ase a #ase

"islamiento limpio, %úmedo

0,+IBr83/00

0,+IBr8'2900

0,+

',0/IBr8+000

',0/IBr8:000

',7

"islamiento interno

- "islamiento inmersoen liquido

- "islamiento sólido

0,/

0,/

','0

',00

BrA Es la tensión de soportabilidad requerida para el impulso de maniobra

3..1 C*n0er!"n # en!"n 'e *p*r#+!!'#' 'e %*r# '&r#%!"n #$re%&en%!# !n'&r!# (SD=)

Equipo a la entrada de la línea

Aislamiento externo

• *ase a tierraA )85006,0( rwrw U U SDW +⋅=

• *ase a #aseA )12700/6,0( rwrw U U SDW +⋅=

Para otros equipos

Aislamiento externo

• *ase a tierraA )85006,0( rwrw U U SDW +⋅=

• *ase a #aseA )127006,0( rwrw U U SDW +⋅=

Aislamiento interno

• *ase a tierraA 5,0⋅= rwU SDW

• *ase a #aseA 5,0⋅= rwU SDW



3..2 C*n0er!"n # en!"n 'e *p*r#+!!'#' 'e !,p&* !p* r#5* (LI=)

Equipo a la entrada de la línea

Aislamiento externo

• *ase a tierraA 3,1⋅= rwU LIWL

J

• *ase a #aseA )9000/05,1( rwrw U U LIWL +⋅=Para otros equipos

Aislamiento externo


J

• *ase a #aseA )9000/05,1( rwrw U U LIWL +⋅=

Aislamiento interno


• *ase a #aseA 1,1⋅= rwU LIWL

J Caso m(s critico para aisladores limpios y %úmedos

3.> SELECCIÓN DE LAS TENSIONES DE SOPORTABILIDADNORMALI<ADAS

6e acuerdo a la &abla 2 de la norma EC 9'?' se seleccionan unos valoresnormali-ados de aislamiento correspondientes a un sistema con una tensiónm(;ima Bm, estos niveles de aislamiento cubrir(n cualquier aislamiento e;ternoe interno #ase?#ase y #ase?tierra!

En rango , los valores requeridos de soportabilidad al impulso de maniobra #ase

a tierra son cubiertos por la prueba de corta duración a #recuencia industrial! @osvalores de soportabilidad al impulso de maniobra #ase a #ase son cubiertos por laprueba de corta duración a #recuencia industrial ó por la prueba desoportabilidad al impulso tipo rayo!

3.? DISTANCIAS MÍNIMAS EN AIRE

@as distancias en el aire #ase a #ase y #ase a tierra son determinadas de acuerdoal nivel de aislamiento al impulso tipo rayo seleccionado en el numeral anterior 1ver &abla "' de la norma EC +009'?24! En la siguiente tabla se muestran lasdistancias mínimas en el aire de acuerdo al nivel de aislamiento al impulso tipo

rayo para los equipos de rango !



Tabla . Correlación entre el ni'el de soportabilidad al impulso tipo rao las distancias m$nimas en el aire

Tensión de soportabilidadal impulso tipo rao

kV

#istancia m$nima en el airemm

Varilla3estructura Conductor3estructura

20 +0 ?

.0 +0 ?

+0 :0 ?

9/ '20 ?

:/ '+0 ?

'2/ 220 ?

'./ 290 ?

'90 720 ?

2/0 .30 ?

72/ +70 ?

./0 :00 ?//0 ''00 ?

+/0 '700 ?

9/0 '/00 ?

3/0 '900 '+00

:/0 ':00 '900

'0/0 2'00 ':00

G&"A

- Para la distancia mínima #ase a tierra es aplicable la con#iguración conductor?estructura yvarilla?estructura!

- Para la distancia mínima #ase a #ase, es aplicable la con#iguración varilla?estructura!



. E:UIPOS SUBESTACIÓN CURRAMBA A 22@ V

.1 SELECCIÓN DE LAS TENSIONES DE SOPORTABILIDAD

NORMALI<ADAS En la &abla +, &abla 9, &abla 3 y la &abla : se muestran los pasos para lacoordinación de aislamiento en el nivel de tensión de 220 kV!

Tabla 4. Paso 1, determinación de las sobretensiones representati'as (rp)Step 15 #etermination o% t6e representati'e o'er'oltages (rp)

Po7er3%recuenc 'oltage Bs p%ase?to?p%ase kV 2./

'!0 p!u! en kV 1pico4 200

Temporal o'er'oltages

Eart% #aults Eart%?#ault #actorA k '!.0 Brp 1p?e4 en kV ':3

@oad re)ection 5a;! overvoltage p!u! '!.0 Brp 1p ? e4 en kV ':3

Brp 1p ? p4 en kV 7.7

esulting representative overvoltages

P%ase?to?eart%A Brp 1p?e4 en kV ':3 P%ase?to?p%aseA Brp 1p?p4 en kV 7.7

Slo73%ront o'er'oltages

*or line entrance equipment *or ot%er equipment

e?energi-ation Energi-ation and re?energi-ation

Be2 en p!u! 7!2+ Be2 en p!u! 2!0:

Bp2 en p!u! .!3+ Bp2 en p!u! 7!''

Bet en p!u! 7!37 Bet en p!u! 2!7+Bpt en p!u! /!+/ Bpt en p!u! 7!.+

Bet en kV 9+/!'+ Bet en kV .9'!9

Bpt en kV ''2:!7/ Bpt en kV +:'!3

"rresters at line entrance and near trans#ormersABps en kV 79/

Bpl en kV ./'

*or line entrance equipment *or ot%er equipment

Kit% or it%out capcitor sitc%ing

Bet L Bps y Bpt L 2 Bps

P%ase?to?eart% en kVA Brp Bps 79/ Brp 1p?e4 en kV 79/

P%ase?to?p%ase en kVA Brp 2 Bps 9/0 Brp 1p?p4 en kV +:2

ast3%ront o'er'oltages Evaluated in step 2



&otas5

'! En el nivel de 220 kV se tiene un sistema sólidamente puesto a tierra y deacuerdo a la recomendación de la norma el #actor de #alla a tierra no essuperior a ',., siendo un valor conservativo!

2! @as sobretensiones por rec%a-o de carga producen sobretensiones #ase a#ase y #ase a tierra del orden de ',., valor recomendado por la norma!

7! El nivel de protección del pararrayos al impulso de maniobra, Bps es igual a79/ kV!

.! El nivel de protección del pararrayos al impulso tipo rayo, Bpl es igual a./' kV!

/! @os valores de las sobretensiones por energi-ación en el e;tremo local sonseleccionados teniendo en cuenta las m(;imas sobretensiones esperadassegún el capitulo / de la re#erencia M+N!

Tabla 8. Paso 2, determinación de las tensiones de soportabilidad para

coordinación (c7)Step 25 #etermination o% t6e coordination 7it6stand 'oltages (c7)

Temporar o'er'oltages Oc #actor '!0

P%ase?to?eart%, en kVA Bc Oc ; Brp ':3

P%ase?to?p%ase, en kVA Bc Oc ; Brp 7.7

Slo7 %ront o'er'oltages 6eterministic met%od used Ocd #actor

@ine entrance equipment 1e;ternal insulation only4 Gt%er equipment

P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase

Bps8Be2 0!/3 2Bps8Bp2 0!99 Bps8Be2 0!:0 2Bps8Bp2 '!2'

Ocd '!'0 Ocd '!07 Ocd '!0+ Ocd '!00

etained value etained value

Ocd '!'0 Ocd '!0+

Bc Ocd ; Brp Bc Ocd ; Brp Bc Ocd ; Brp Bc Ocd ; Brp

Bc .'7 Bc 99. Bc 7:: Bc +:2

ast3%ront o'er'oltages <impli#ied statistical met%od used

6ata #rom e;perience Parameter " ./00

Per#ormance required <pan lengt% @sp .00 m

Gutage rate 0!07 km8y

"cceptable #ailure rate 0!0' years

"rrester lig%t%ing protection level, Bpl ./'!00 kV

5a;! <eparation #rom internal insulation, @ .'!3. m @a, en m 222!22

5a;! <eparation #rom e;ternal insulation, @ .:!3. m

nternal insulation Bc en kV +02

E;ternal insulation Bc en kV +7'



&otas5

'! Para el c(lculo las sobretensiones de #rente r(pido se tienen los siguientespar(metrosA

• @ongitud del vano de las líneas, .00 m!

• Par(metro ", .!/00 kV!

• a, tasa de #alla aceptable para el equipo ' #alla8'/0 aDos!

• km, 7 salidas al aDo por cada '00 km de línea!

• El número de líneas conectadas a la subestación se considera igual a 2 ya

que la subestación según su con#iguración tendr( conectada por lo menosdos líneas!

2! @as distancias de protección del aislamiento interno y e;terno #uerontomadas del plano +700.?B'0'0?200!

Tabla 9. Paso ", determinación de las tensiones de soportabilidadrequeridas (r7)Step "5 #etermination o% t6e required 7it6stand 'oltages (r7)

Sa%et %actor nternal insulation Os '!'/

E;ternal insulation Os '!0/

tmosp6eric correction %actor "ltitude , en m /0

Po7er %recuenc 7it6stand S7itc6ing impulse 7it6stand lig6tning impulse 7it6stand

P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase

Valor m '!0 0!3 '!0 '!0

Valor Oa '!'7' '!'07 '!'7' '!'7'

equired it%stand voltagesnternal insulation Br Bc ; Os

E;ternal insulation Br Bc ; Os ; Oa

Po7er %recuenc 7it6stand S7itc6ing impulse 7it6stand lig6tning impulse 7it6stand

P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase P%ase?to?eart% P%ase?to?p%ase

nternalinsulation kV


@ine entranceequipment

@ine entranceequipment



223 7:.E;ternal

insulation kVE;ternal

insulation kV+:7 +:7

.93 :':E;ternal

insulation kVE;ternal

insulation kVGt%er equipment Gt%er equipment

E;ternalinsulation kV


27/ .09internal

insulation kVnternal

insulation kV9.: 9.:

./3 9:+



.+2 32'



&otas5

'! El #actor de corrección atmos#$rico Oa se toma igual a ','7' teniendo encuenta los requerimientos de la interventoría, considerando así que lasubestación Curramba se encuentra a una altura de '!000 m sobre el niveldel mar!

2! El valor de m se considera unitario para las sobretensiones por maniobra#ase?#ase y las atmos#$ricas #ase?#ase y #ase?tierra, mientras que para lassobretensiones por maniobra #ase?tierra toma el valor de 0!3 según la #igura :de la norma EC?+009'?2! Para las sobretensiones a #recuencia industrial seutili-a el valor de m unitario ya que resulta en valores mas conservativos!

Tabla :. Paso -, determinación de las tensiones de soportabilidadnormali;adas (7)

Step -5 Con'ersion to 7it6stand 'oltages normali;ed to range /

Con'ersion o% s7itc6ing impulse 7it6stand 'oltagesto s6ort duration po7er %requenc 7it6stand

'oltages

Con'ersion o% s7itc6ing impulse 7it6stand 'oltages tolig6t6ing impulse 7it6stand 'oltages

Conversion #actors Conversion #actors

E;ternal insulation E;ternal insulation

? P%ase?to?eart% 0!+ I Br83/00 ? P%ase?to?eart% '!7

? P%ase?to?p%ase 0!+ I Br8'2900 ? P%ase?to?p%ase '!0/ I Br8:000

nternal insulation nternal insulation

? P%ase?to?eart% 0!/ ? P%ase?to?eart% '!'

? P%ase?to?p%ase 0!/ ? P%ase?to?p%ase '!'

@ine entrance equipment Gt%er equipment@ine entrance

equipmentGt%er equipment

E;ternal insulation kV E;ternal insulation kV E;ternal insulation kV E;ternal insulation kV

? P%ase?to?eart% ? P%ase?to?eart% ? P%ase?to?eart% ? P%ase?to?eart%

7'. 702 +2' +00

? P%ase?to?p%ase ? P%ase?to?p%ase ? P%ase?to?p%ase ? P%ase?to?p%ase

+'3 /.+ '0/: :79

nternal insulation kV nternal insulation kV

? P%ase?to?eart% ? P%ase?to?eart%

22: /0.

? P%ase?to?p%ase ? P%ase?to?p%ase

7:3 39/



En la &abla '0 se muestra el resumen de las tensiones de soportabilidadrequeridas Br1s4 y su correspondiente valor a las tensiones de conversiónBr1c4!

Tabla 10. esumen de las tensiones de soportabilidad requeridas

< kV r.m.s para%recuencia industrial

islamiento e=ternoislamiento

interno*quipos entradade l$nea

>tros equipos

< kV pico para impulsosde maniobra rao r7(s) r7(c) r7(s) r7(c) r7(s) r7(c)

*recuenciaindustrial

*ase?tierra 2" 7'. 2" 702 229 22:

*ase?#ase -08 +'3 -08 /.+ ":- 7:3

mpulso demaniobra

*ase?tierra .931'4

.+21'4

./31'4

*ase?#ase :': 32' 9:+

mpulso

atmos#$rico

*ase?tierra 8-: +2' 8-: +00 4:" /0.

*ase?#ase 8-: 10: 8-: :79 +:7 98

6e acuerdo a la &abla 2 de la norma EC +009'?' se seleccionan unos valoresnormali-ados de aislamiento correspondientes a un sistema con una tensiónm(;ima Bm, estos niveles de aislamiento cubrir(n cualquier aislamiento e;ternoe interno #ase?#ase y #ase?tierra! Para el aislamiento interno y e;terno seseleccionan las siguientes tensiones de soportabilidadA

• .+0 kV para la tensión de soportabilidad de corta duración a #recuencia

industrial, a tierra y entre polos!

• '0/0 kV para la tensión de soportabilidad al impulso atmos#$rico, a tierra y

entre polos!Este nivel de aislamiento es requerido en las características garanti-adas para elaislamiento de la subestación!

otasA

1'4 En rango , los valores requeridos de soportabilidad al impulso de maniobra#ase a tierra son cubiertos por la prueba de corta duración a #recuenciaindustrial #ase tierra! @os valores de soportabilidad al impulso de maniobra#ase a #ase son cubiertos por la prueba de corta duración a #recuenciaindustrial ó por la prueba de soportabilidad al impulso tipo rayo!

124 "unque el aislamiento e;terno #ase?#ase se supere en el equipo instalado a laentrada de la línea, para el cual se requiere una soportabilidad de '0/: kV,este valor puede ser aceptado debido a que en la entrada de la línea no seinstala equipo tri#(sico! <olo es necesario especi#icar una separación entre#ases para los equipos mayor a 2!7/0 mm 1correspondiente a un nivel deaislamiento al impulso tipo rayo de '!'9/ kV4, de acuerdo a la tabla "' de lanorma EC +009'?2!



.2 DISTANCIAS MÍNIMAS EN AIRE

@as distancias en el aire #ase a #ase y #ase a tierra son determinadas de acuerdoal nivel de aislamiento al impulso tipo rayo seleccionado en el numeral anterior

1ver &abla "' de la norma EC +009'?24! En la siguiente tabla se muestran lasdistancias mínimas de acuerdo al nivel de aislamiento al impulso tipo rayo paralos equipos de rango !

Tabla 11. #istancias m$nimas en el aire

?ocali;ación @/? (kV) #istancia m$nima (mm)

Equipo a laentrada de lalínea

*ase > #ase ''9/ 27/0

*ase > tierraVarilla > Estructura

Conductor > Estructura'0/0'0/0

2'00':00

Gtros equipos

*ase > #ase '0/0 2'00

*ase > tierraVarilla > Estructura

Conductor > Estructura'0/0'0/0

2'00':00

.3 SELECCIÓN DEL PARARRAOS

.3.1 TENSIÓN CONTINUA DE OPERACIÓN (COV)

kV kV Um

COV 5,1413

245

3===

.3.2 SOBRETENSIÓN TEMPORAL (TOV)

COV KeTOV ×=

OeA *actor de #alla a tierra, que para el caso es de ',. por ser el sistemasólidamente puesto a tierra!

kV kV TOV 1985,1414,1 =×=

.3.3 TENSIÓN NOMINAL DEL PARARRAOS

@a tensión nominal del pararrayos , es el valor mayor entre o y e!

Ko

COV Ro =

OoA *actor de diseDo del pararrayos! Para el caso es Oo 0,3

kV kV

Ro 8,1768.0

5,141==



Kt

TOV =Re

Kt: Es la capacidad del pararrayos y depende del tiempo de duración de lasobretensión temporal! <e elige Ot ','/ para un tiempo de despe)e de#alla de ' seg, que es lo esperado cuando el sistema est( sólidamentepuesto a tierra!

kV kV

2,17215,1

198Re ==

6ado que oe, la tensión nominal del pararrayos es o multiplicada por un#actor de seguridad que para sistemas mayores de '00 kV es del /H! "sí latensión nominal del pararrayos esA

kV kV Ro R 7,1858,17605,105,1 =∗=×=

6e acuerdo con la norma EC::?7 y para dar cumplimiento a las características

garanti-adas, el valor normali-ado tomado es de ':2 kV, el cual posee losniveles de protección descritos previamenteA

- P5A ivel de protección al impulso tipo maniobra 1' k"4ABps 79/ kV

- PA ivel de protección al impulso tipo rayo 1'0 k"4A Bpl ./' kV

En el ErrorA e#erence source not #ound se muestra el cat(logo del pararrayos%a ser suministrado!

.3. ENERGÍA EN PARARRAOS

@os pararrayos deben ser capaces de absorber la energía debida a los

transitorios de tensión en el sistema! @os transitorios de tensión se puedenpresentar porA

• Cierre y recierre de líneas

• 6escargas atmos#$ricas

Con el conocimiento de los niveles de protección, la energía absorbida por lospararrayos en cada uno de los casos anteriores puede ser calculada!

.3..1 C!erre 5 re%!erre 'e ne#

TwUpsUeUpsW

*)(*2 −=

6ondeA

W A Energía absorbida

UpsA ivel de protección al impulso de maniobra, 79/ kV

UeA <obretensión esperada sin pararrayos, 17,2+ p!u4 +/2!'. kV



A mpedancia característica de la línea, .00 G%mios

TwA &iempo de via)e de la onda, el cual es igual a la longitud del tramo delínea por la velocidad de propagación

sm

kml!nea Lon"!t#d Tw

µ /300

=

En este caso, la línea m(s larga es %acia la subestación ndependencia con unalongitud de '+.,3/ km, que corresponde a un tiempo de via)e de la onda de/.:,/ microsegundos!

@a capacidad de energía requerida por el pararrayos, KA

K 23/!/ kQ

.3..2 De%#r/# #,*$;r!%#

"unque el nivel cer(unico de la -ona es cero, se reali-a el calculo teniendo en

cuenta que puede e;istir una descarga en un e;tremo remoto de la línea en lacual el nivel cer(unico sea di#erente de cero y el pararrayos del e;tremo localconsuma toda la energía 1caso poco probable4!

[ ]

Tl Upl Upl U$ %Upl U$ W

**))/2ln(1(*2 +−=

6ondeA

W A Energía absorbida

Upl A ivel de protección al impulso tipo rayo, ./' kV

U$ A &ensión de #lameo inverso negativo de la línea, '.70 kV

A mpedancia característica de la línea, .00 G%mios

% A úmero de líneas conectadas al pararrayos, 2 líneas

Tl A 6uración equivalente de la corriente de la descarga, 7,0E?0. segundosincluyendo la primera y las descargas subsecuentes 1Valor recomendadopor la norma EC+00::?/

@a capacidad de energía requerida por el pararrayos, KA

K :3!9 kQ

@a capacidad de energía requerida que cumpla para cada uno de los casos ser(de 23/!/ kQ que corresponde a una capacidad de energía especí#ica de '!.:kQ8kVBr!

El pararrayos a suministrar tiene una capacidad de energía especí#ica de'0 kQ8kVBr, que corresponde a una capacidad de ':30 kQ, cumpliendo con lacapacidad de energía de#inida en las características garanti-adas!



>. DISTANCIAS ELCTRICAS

@a metodología a seguir comprende el c(lculo de las distancias mínimas y de

seguridad que deben tenerse en cuenta en el diseDo de una subestación paragaranti-ar la seguridad de las personas y el adecuado dimensionamiento de lasubestación!

>.1 DISTANCIAS DE SEGURIDAD

Corresponden a las separaciones mínimas que deben mantenerse en el aireentre partes energi-adas de equipos y tierra, o en equipos sobre los cuales esnecesario reali-ar un traba)o!

@as distancias de seguridad son el resultado de sumar los siguientes valoresA

•Bn valor b(sico relacionado con el nivel de aislamiento, el cual determina unaR-ona de guardaS alrededor de las partes energi-adas!

• Bn valor que es #unción de movimientos del personal de mantenimiento así

como del tipo de traba)o y la maquinaria usada! Esto determina una -ona deseguridad dentro de la cual queda eliminado cualquier peligro relacionadocon acercamientos el$ctricos!

>.1.1 V#*r +9!%*

El valor base corresponde a la distancia mínima #ase?tierra en el aire, adoptadapara el diseDo de la subestación de acuerdo con lo establecido en laspublicaciones EC +009'?' M'N y EC +009'?2 M2N, para garanti-ar elespaciamiento adecuado que prevenga el riesgo de #lameo aún ba)o lascondiciones m(s des#avorables!

El valor b(sico se calcula incrementando el valor de la distancia mínima #ase?tierra, 1ver numeral .!24 en un porcenta)e comprendido entre el /H y el '0 Hcomo #actor de seguridad!

Para todos los equipos conectados a la entrada de la línea y al interior de lasubestación se debe usar una distancia mínima de separación en el aire de2'00 mm correspondiente a un F@ de '0/0 kV, se seleccionar( entonces estevalor, como la distancia mínima de seguridad!

VB = 1,!" dmin

6ondeA

VB A Valor b(sico MmmN

dmin A 6istancia mínima #ase?tierra [mm]

VB = 1,!" dmin = 1,!"2#1 mm = 2#2! mm



igura 2. #istancias medias para un operador

igura ". *Aemplo de la %ranAa de circulación de personal

>.1.2.2 M*0!,!en* 'e 0e-%&*

Para el monta)e y mantenimiento de equipos es necesario utili-ar grúas ove%ículos similares y por lo tanto se debe prever una -ona de seguridad paraestos casos! Esta -ona est( delimitada por el per#il del ve%ículo m(s 900 mm demanera que permita imprevisiones en la conducción, ver *igura .! 6e igual#orma se debe prever una -ona de circulación perimetral!



igura -. #istancias de seguridad para circulación de 'e6$culos

@a -ona de seguridad para la circulación de ve%ículos est( determinada de

acuerdo con lo siguienteA

'o(imiento de (e)*c%los = +#V - mm

6ondeA

&'V . +er/il del (e)*c%lo 0mm

<i se considera un ve%ículo con un per#il de 2!/00 mm ; 2!/00 mm comodimensiones típicas, de esta manera se tiene queA

'o(imiento de (e)*c%los = 2#! mm - mm = 3#2 mm

En la subestación Curramba a 220 kV se tendr(n los siguientes anc%os de vía

para cada uno de los accesos



• "cceso campo de acopleA .,0 m!

• "ccesos campos de líneaA .,0 m!

• "cceso entradas de líneaA .,/ m

>.1.2.3 Tr#+#* *+re e&!p* * %*n'&%*re en #&en%!# 'e,#&!n#r!# pe#'#

<e considera que el traba)o sobre los equipos o conductores se reali-a con lasubestación energi-ada parcial o totalmente! Para estos c(lculos se tiene encuenta los valores previstos en la *igura 2A ori-ontalmente se toman '!9/0 mmque tiene en promedio una persona con los bra-os abiertos, y verticalmente setoman '!2/0 mm que tiene en promedio una persona con una mano al-adasobre el plano de traba)o! @uego estas distancias est(n determinadas de lasiguiente maneraA

$istancia Horiontal = 1#-! mm VB

$istancia Vertical = 1#2! mm VB6ondeA


$istancia )oriontal = 1#-! mm 2#2! mm = 3#!! mm

$istancia Vertical = 1#2! mm 2#2! mm = 3#4!! mm

igura . ranAa de circulación usada para ser'icios de mantenimiento con6erramientas li'ianas



igura 4. ranAa de circulación usada para ser'icios de mantenimiento con6erramientas pesadas



-

"nc%o de campo

'82

b

a

282

- -

>.2.2 An%-* 'e %#,p*

Es la distancia de separación entre los e)es de las columnas que #orman elpórtico de entrada de la línea! El anc%o de campo de una subestación est(determinado por la con#iguración, las dimensiones de los equipos y de losbarra)es utili-ados! El anc%o de campo se anali-a para los siguientes casos y se

toma la distancia mayorA

• &emplas superiores a lo largo del campo!

• Estructura adyacente a <eccionador pantógra#o!

>.2.2.1 Te,p# &per!*re # * #r/* 'e %#,p*

El anc%o del campo se determina por la separación entre las #ases y elmovimiento que tendrían los conductores debido a cortocircuitos en las templassuperiores a lo largo del campo!

@a separación entre #ases de las templas superiores del campo adoptada para el

diseDo es de .!000 mm! <e veri#icó que no se produ)eran acercamientos deacuerdo al calculo de las tensiones de tendido que se incluye en la guía deobras civiles, basado en el documento R&%e 5ec%anical E##ects o# <%ort?CircuitCurrents in Gpen <ubstationsS del comit$ o! 27 del Cigre!

En consecuencia el anc%o del campo sería dos veces la separación entre #asesmas la distancia mínima #ase?tierra incrementada, a lado y lado, en un 2/H paraconsiderar un posible barra)e adyacente!

A6 = 2"a 2"dmin " 1,2!

A6 = 2"4# mm 2"2#1 " 1,2! = 13#2! mm

>.2.2.2 Er&%&r# #'5#%ene # e%%!*n#'*r p#n"/r#$*El c(lculo cuando se tiene la estructura del pórtico adyacente a un seccionador pantógra#o se anali-a de acuerdo a la siguiente #igura!

igura 9. nc6o de campo determinado por estructura adacente a



seccionador pantógra%o

6e acuerdo a la *igura 3, el anc%o de campo estar( dado por la siguienteecuaciónA

AC (!) *+ , !+ *+ , +-b , +-a , .-/

@a separación entre #ases est( dada porA

7eparaci&n entre /ases = a

dondeA

bA 6istancia mínima #ase ? tierra, MmmN

!!A "nc%o de la estructura, se tienen estructuras de 2!/00 y de '/00 MmmN!

-A anc%o del seccionador pantógra#o, 900 MmmN

aA 6istancia mínima #ase > #ase, MmmN

7eparaci&n entre /ases = 2#1 mm - mm =2#8 mm

A6 =12! mm -! mm 2"2#1 mm 2"2#1 mm 3"- mm

A6 = 12#! mm

Para el diseDo se consideró un anc%o de campo de '+!000 mm, con unaseparación entre #ases de 7!300 mm 1correspondiente al la distancia deseparación del seccionador de rotación central4!

>.2.3 A&r# 'e %#,p*

Est( determinada principalmente por el número de niveles de cone;ión querequiera la con#iguración de la subestación y por el tipo de conductores que seutilicen en la subestación!

>.2.3.1 Pr!,er n!0e

Corresponde a la altura de cone;ión de los equipos y est( determinado por lasdistancias de seguridad para la circulación de personasA Es decir, el valor b(sico1VF4 m(s la altura de una persona con los bra-os levantados verticalmente!

+#9 = VB 22! mm

6ondeA


+#9 = 2#2! mm 2#2! mm = 4#4!! mm

&eniendo en cuenta que el pararrayos y el trans#ormador de tensión seencuentran ubicados al inicio de cada campo y son los equipos de mayor altura,se elige una altura de cone;ión para el primer nivel de /!900 mm para losequipos a la entrada de la línea, sin embargo para no incurrir en estructurasdemasiado altas en los dem(s equipos, se eligió una altura de cone;ión para el



primer nivel de /!'00 mm, esta última altura servir( para el calculo de los nivelessuperiores!

>.2.3.2 Se/&n'* n!0e

Con#ormado por la altura de los barra)es de la subestación, su altura debe ser

superior a la del primer nivel en por lo menos la distancia mínima #ase?#ase, m(sla #lec%a m(;ima del barra)e!

7#9 = +#9 dmin " 1,1 B

6ondeA

B A *lec%a m(;ima del barra)e

d minA 6istancia mínima #ase?#ase, cable?cable [mm]

En la pr(ctica, =F ≈ 0,07J<, siendo 1<4 el vano del barra)e! En la subestación

Curramba 220 kV el vano m(s largo tiene una longitud de 72 m!

@uegoAB = ,3"7

7#9 = +#9 dmin"1,1 ,3"7

7#9 = !#1 mm 2#1 mm"1,1 ,3"32# mm = 8#3- mm

Para el diseDo se eligió una altura de cone;ión para el segundo nivel de'0!/00 mm!

>.2.3.3 Ter%er n!0e

Con#ormado por las templas superiores, cuya altura debe ser superior a la altura

del barra)e, por lo menos en la distancia mínima #ase?#ase, cable?cable, m(s la#lec%a m(;ima de la templa!

:#9 = 7#9 dmin " 1,1 :

dondeA

0T A *lec%a m(;ima de la templa superior

d m!nA 6istancia mínima #ase?#ase, cable?cable [mm]

En la pr(ctica, =& ≈ 0,07J<, siendo < el vano de la templa #le;ible! En la

subestación Curramba 220 kV el vano de la templa #le;ible tendr( una longitud

de 72 m!

@uegoA

: = ,3"7

:#9 = 7#9 dmin " 1,1 ,3"7

:#9 = 11# mm 2#1 mm"1,1 ,3"32# mm = 14#2- mm



Para el diseDo se eligió una altura de cone;ión para el tercer nivel de'.!/00 mm!

>.2. L*n/!&' 'e %#,p*

Est( determinada por la con#iguración de la subestación y por las distancias

entre los di#erentes equipos! Esta distancia se de#ine b(sicamente por ra-onesde mantenimiento, monta)e y est$tica! @a longitud del campo no se determinapor las distancias mínimas o de seguridad! @as distancias adoptadas entre losequipos de patio de 220 kV se muestran en la &abla '2!

Tabla 12. #istancias adoptadas entre equipos de patio 220 kV

*quipos#istancia en mm para

m B 2- kV

Pararrayos y trans#ormador de instrumentación 7!000

&rans#ormador de instrumentación y trampa de onda 7!000

&rans#ormadores de instrumentación 7!000

&rans#ormador de instrumentación y seccionador pantógra#o 7!/00

<eccionador pantógra#o y seccionador .!000

<eccionador e interruptor con vía de circulación 3!/00

nterruptor y seccionador pantógra#o .!000

nterruptor y trans#ormador de instrumentación .!000

&rans#ormador de instrumentación y seccionador .!000

Pararrayos y cerco perimetral .!:00

En la &abla '7 se presenta el resumen de las distancias de seguridad y eldimensionamiento adoptado para el diseDo de la subestación Curramba a220 kV!



Tabla 1". #istancias de seguridad dimensionamiento subestaciónCurramba a 220 kV

#*SC/PC/&#istancia DmmE

Calculada doptada

6istancia mínima #ase a tierra 2!'00 2!'00Valor b(sico 2!20/ 2!20/

"ltura entre el piso y la parte in#erior de la porcelana delequipo!

2!700 2!700

Circulación de personal requerida EP ???? .!/00

5ovimiento de ve%ículos

1anc%o ; alto4

Campos de @ínea 7!200 ; 7!000 .!000 ; 7!000

Entradas de @ínea 7!200 ; 7!000 .!/00 ; 7!000

<eparación entre #ases en barras y templas 2!300 .!000

<eparación entre #ases en equipos 2!300 7!300

"lturas de campo

Primer nivel .!.// /!'00

<egundo nivel 3!790 '0!/00

&ercer nivel '.!290 '.!/00

"nc%o de campo

En templas '7!2/0

'+!000En estructura adyacente aseccionadores pantógra#o

'2!/00



RE7ERENCIAS

1 /*C ST&## 4008131 3 1::", /&S?T/>& C>3>#/&T/>&5

#*/&/T/>&, P/&C/P?*S &# ?*S 2 /*C ST&## 4008132 3 1::4, /&S?T/>& C>3>#/&T/>&5

PP?/CT/>& F/#*

" /*C ST&## 400813- 3 1::4, /&S?T/>& C>3>#/&T/>&5PP?/CT/>& F/#*

- /*C ST&## 91 3 1:94, F/#* > S*?*CT/>& > /&S?T>S/& *SP*CT > P>??T*# C>&#/T/>&S

/*C ST&## 400::3 3 2000, SF* *ST*S5 S*?*CT/>&&# PP?/CT/>& *C>++*&#T/>&S

M+N &"<&GG< E@EC&CG< E CGG6E"C"G 6E <G@"5E&G! "plicacao em sistemas de potencia de alta?tencao!

aislamientos en subestaciones electricas

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